文档介绍：王芏亟±——学位授予日期——年——月——日硕士学位论文单芯片集成加速度计陀螺仪设计研究唐军型堡熬攫揎宣垡益壁垫拯丛丝至图书分类号哥级韭蜜指导教师彰⒅俺互亟遮进娅申请学位级别专业名称论文提交日期塑年碌嫒论文答辩日期盟年§日论文评阅人扬世墨答辩委员会主席年
单芯片集成加速度计陀螺仪设计研究摘要在充分调研和分析国内外微机械惯性传感器研究状况的基础上,针对目前组合式惯性测量组合中加速度计与陀螺仪组合体积大,安装精度低,耦合误差较大等缺点,本论论文提出的单芯片微机械加速度计陀螺仪结构,利用同一质量块,实现同方向上加速度和角速度的检测。该结构采用静电驱动、折叠梁支撑设计以及两类惯性参量独立的差分电容检测方式,可以很好的抑制结构的交叉耦合以及两类惯性参量之间的信息耦针对加速度计陀螺仪的结构及工作原理建立了相应的动力学模型,并利用该模型对加速度计陀螺仪的角速度和加速度的动力学响应进行了分析和仿真。分析结果表明,所设计的加速度计陀螺仪可以很好的实现同方向上的加速度和角速度的检测。考虑加速度计陀螺仪作为多维力学传感器,结构当中最主要的误差是结构耦合误差,论文对所设计结构的各种固有耦合误差以及工艺误差进行了建模分析,并对相应的对加速度计陀螺仪的关键结构进行了仿真计算和优化设计,采用慕峁狗构在灵敏度和强度等方面都处于一个较优的状况,实现了结构的模态匹配;通过力电耦合分析,对结构的驱动和静电检测部分进行了分析和设计,得出了输入信号与检测电容之间的变化关系以及梳状驱动器的驱动特性。在考虑加速度计陀螺仪结构特性以及现有的加工工艺条件,论文设计出了一套适用于该结构的微机械表面加工工艺和相对应的工艺版图。初步探讨了加速度计陀螺仪的信号检测系统,对加速度计陀螺仪的驱动以及微小电容检测电路系统框图进行了分析。关键词:微惯性传感器,加速度计陀螺仪,单芯片集成,耦合误差,中北大学学位论文文设计了单芯片集成加速度计陀螺仪,并对这一前沿性的研究课题进行了较为深入的分析和讨论。合,实现高的检测精度。解耦方法进行了研究。真分析模块,实现了对结构的核心部件之一的弹簧梁支撑系统进行了尺寸优化,使得结
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第一章绪论近几十年以来,微电子科学技术的发展非常迅速,超大规模集成电路、特大规模集已进入亚微米时期。微电子技术的进步也促进了微机械技术的兴起和发展,微膜、微梁、微流体与生物等多个方面【浚渲形⒒绻咝源ǜ衅饕恢笔荕际跹芯康和微惯性测量组合。其中加速度计用来测量物体运动的线加速度,陀螺仪用来测量物体梢酝辈獾梦锾逶硕募铀俣群徒撬俣龋荽砗缶涂大的进展。由于现在硅基微机械惯性器件是当前研究的主流,本论文重点研究的也是硅中北大学学位论文引言成电路相继问世,集成度几乎每年翻一翻。随着集成度的提高,其加工尺寸越来越小,微出轮、微凸轮、微弹簧、微沟道、微喷嘴等微型构建相继面世。微机械技术和微电子技术相结合就形成了全新一代的微机电系统,简称难芯恐饕<性谘沽Υǜ衅鳌⒐咝源ǜ衅鳌⒐庋⑸淦礛主要方向之一,它是集微型精密机械、微电子、半导体集成电路工艺等新技术于一身的前沿新技术,它的出现使惯性技术产生了一次新的飞跃。微机电惯性传感器是指利用微机电制造技术加工而成的,用来测量运动体惯性参数呒铀俣取⒔撬俣鹊的微型化的传感器,它主要包含微机械加速度计、微机械陀螺转动的角速度或角度,利用加速度计和陀螺仅组成的惯性测量单元,以得到物体运动的速度、位移、方向、姿态等信息。微机械惯性传感器研究进展微机械惯性传感器的研究始于世纪年代,经过二十余年的发展己经取得了较微机械单芯片集成加速度计陀螺仪,所以本节主要就硅微机械惯性传感器及其单芯片集成技术的研究与发展作了详细总结。
.⒒导铀俣燃硅微型加速度计是一类重要的微型惯性器件,硅微型加速度计主要用来测量载体的加速度信息,并且可以通过积分,提供速度和位移信息。硅微型加速度计还可以和硅微微机械加速度计有多种分类方法,表列出了按不同敏感原理进行分类的加速度表各种敏感原理及其特点比较。运放信号微弱,对信号处理电温度影响,功耗低重复性、稳定性好,谐振频率数字化输出隧道灵敏度极高系统结构复杂,信号检测电路要求高,工艺要求高结构简单,可靠性电容式加速度传感器是利用电容原理,将被测加速度转换成电容的变化来进行加速度测量。比较有代表性的产品是美国模拟器件镜腁盗形⒒档缛菔郊铀艺与集成电路工艺相兼容的特点,将传感器与处理电路同时加工在一块芯片上,解决了电容量小、易受分布电容影响的问题。年投产以来,现在已经形成系列产品。中北大学学位论文型陀螺仪组合,构成微型惯性测量组合单元,用于战术武器、智能炮弹的制导系统,微小型卫星的测控定位系统,以及汽车、机器人等的测控系统当中。计的特点比较:敏感信号处理电线性优点缺点