《高精度矽微諧振式加速度計》是依託東南大學，由黃麗斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高精度矽微諧振式加速度計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黃麗斌
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
為滿足國內對微小型慣性元件與系統的需求，迫切希望研發一種高精度的微型加速度計。矽微諧振式加速度計除了具有普通矽微感測器的優點外，還具有頻率信號輸出，易於與處理電路集成，抗干擾能力強、解析度和測量精度高等優點。為此，本課題對高精度矽微諧振式加速度計的工作機理和結構最佳化設計、低應力加工工藝、高穩定性低相角噪聲振盪迴路和高解析度低噪聲頻率測量模組、高真空高穩定低應力封裝等關鍵技術進行深入研究，最終研製出具有一定性能的實驗室原理樣機。該項目的特色與創新之處：兩諧振器靜態固有頻率設計有一定頻差，克服了常規無頻差設計所引起的測量精度和線性度下降的缺點；對微結構進行健壯性最佳化設計，在加工成本不變的條件下，儘可能地提高性能及其穩定性；針對諧振器閉環諧振控制迴路這一非線性系統，採用平均分析方法來分析該迴路，為結構和電路參數的最佳化設計和仿真提供理論依據。本項目的研究成功將能大大擴展微慣性感測器的套用領域。
結題摘要
為滿足國內對微小型慣性元件與系統的需求，迫切希望研發一種高精度的微型加速度計。矽微諧振式加速度計除了具有普通矽微感測器的優點外，還具有頻率信號輸出、易於與處理電路集成、抗干擾能力強、解析度和測量精度高等優點。項目圍繞矽微諧振式加速度計的工作機理和結構最佳化設計、加工工藝、真空封裝、驅動電路和頻率測量方法展開了深入研究，取得的主要成果如下：（1）項目組結合多年的研究積累，自主研發設計了一體式差分、不等基頻、分體式差分三種矽微諧振式加速度計結構，經過分析比較最終確定了分體式差分結構形式作為樣機的結構。該結構採用完全對稱分布的兩個諧振器，構成差分結構，可以使加速度計的標度因數翻倍；兩個諧振器各自擁有獨立的質量塊，通過隔離質量塊來切斷機械耦合的通道，克服了一體式差分結構所引起的零位附近測量精度和線性度下降的缺點；同時該結構也彌補了不等基頻結構因兩個諧振器尺寸不一致所導致的抑制溫度等因數引起的共模誤差效果下降的不足。（2）在此基礎上，對矽微諧振式加速度計的結構進行了健壯性最佳化設計，改善了加工誤差對諧振器對稱性的影響。（3）對封裝過程中的應力特性進行了詳細研究，並提出了相應的應力減小措施。（4）完成了矽微諧振式加速度計測控電路技術研究，提出了基於鎖相環和自動增益控制的矽微諧振式加速度計閉環驅動電路方案，採用平均分析方法來分析諧振器閉環諧振控制迴路這一非線性系統，為結構和電路參數的最佳化設計和仿真提供了理論根據；對比分析了多種方波頻率測量方法，結合矽微諧振式加速度計頻率測量實際需求，採用了基於延時鏈的頻率測量方法，並基於FPGA實現了該頻率測量方法。（5）完成了矽微諧振式加速度計原理樣機的組裝、調試和系統性能試驗，樣機性能優於預期目標。說明本課題提出的研究思路和技術路線是可行的。
