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单片三轴微加速度计关键技术研究

作　者: 王兴华
导　师: 陈志华
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 微加速度计三轴湿法腐蚀电容检测
分类号: TH824.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

与传统加速度计相比,微机械加速度计具有成本低、体积小、重量轻等优点,在武器装备、惯性导航和汽车安全等领域得到越来越广泛的应用。因此,自主研制高性能微加速度计具有重要意义。本文设计了一种“三明治”形式的单片三轴微加速度计,采用多质量块对称布置形式,通过差分电容进行检测,不包含高深宽比结构,可以采用各向异性湿法腐蚀技术加工,具有灵敏度较高、加工工艺相对简单等特点。本文主要围绕三轴微加速度计的设计理论、加工工艺、检测技术及误差机理开展研究,主要研究内容如下:1.设计了三轴微加速度计的整体结构,并对其设计理论进行了研究,包括静态灵敏度、动态特性以及解算方法等。根据预期性能指标,设计了微加速度计的结构尺寸。2.根据三轴微加速度计的结构形式和现有加工工艺条件,设计了单片三轴微加速度计的加工工艺流程,制作了微加速度计样片,针对加工工艺中存在的关键问题进行了研究,并提出了改进建议和优化方案。3.根据三轴微加速度计接口电容的特点,在调研现有的微弱电容检测技术的基础上,设计了基于调制解调原理的微弱电容检测电路,并对各个环节进行了分析和介绍。4.对三轴微加速度计原理样机进行了性能测试,主要包括模态测试、输出稳定性和±1g翻滚试验等。分析了加工误差对微加速度计性能的影响,并对机械热噪声和电路噪声等进行了相关分析,提出了一些减小电路噪声的方法。本文的研究工作为接下来三轴微加速度计的研究和发展奠定了理论基础。

全文目录

摘要  10-11
Abstract  11-12
第一章绪论  12-22
  1.1 课题研究背景与意义  12-13
  1.2 三轴微加速度计的研究现状与发展趋势  13-20
    1.2.1 三轴微加速度计的国外研究现状  13-17
    1.2.2 三轴微加速度计的国内研究现状  17-19
    1.2.3 微加速度计的发展趋势  19-20
  1.3 论文主要研究内容  20-22
第二章单片三轴微加速度计的总体设计  22-36
  2.1 设计任务及要求  22-23
  2.2 三轴微加速度计总体方案  23-30
    2.2.1 等效理论模型  24-26
    2.2.2 与现有结构的比较  26
    2.2.3 静态灵敏度分析  26-28
    2.2.4 ANSYS 仿真验证  28-29
    2.2.5 三轴加速度解算  29-30
  2.3 微加速度计动态特性分析  30-33
    2.3.1 微加速度计幅频特性分析  30-32
    2.3.2 微加速度计相频特性分析  32
    2.3.3 微加速度计带宽设计  32-33
  2.4 微加速度计结构尺寸确定  33-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章单片三轴微加速度计加工工艺研究  36-47
  3.1 微加速度计主要工艺流程  36
  3.2 关键加工工艺研究  36-45
    3.2.1 硅结构加工工艺  37-38
    3.2.2 金属电极制作  38-39
    3.2.3 玻璃-硅-玻璃键合技术  39-42
    3.2.4 划片与封装  42-45
  3.3 工艺的关键问题与解决方案  45-46
    3.3.1 金属电极可靠性  45
    3.3.2 凸角补偿方案  45-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章单片三轴微加速度计的性能测试与误差分析  47-64
  4.1 微加速度计检测电路  47-48
  4.2 微加速度计性能测试  48-56
    4.2.1 模态测试试验  48-50
    4.2.2 输出稳定性测试  50-51
    4.2.3 重力场翻滚试验  51-56
    4.2.4 微加速度计非线性度  56
  4.3 微加速度计主要误差分析  56-58
    4.3.1 加工工艺误差  56-58
    4.3.2 交叉轴耦合  58
  4.4 微加速度计主要噪声分析  58-63
    4.4.1 机械热噪声  58-61
    4.4.2 电路噪声  61-63
  4.5 本章小结  63-64
第五章总结与展望  64-66
  5.1 全文总结  64
  5.2 工作展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
作者在学期间取得的学术成果  71

单片三轴微加速度计关键技术研究

内容摘要

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