磁悬浮转子微陀螺电容结构设计

为了实现磁悬浮转子微陀螺的电容检测,使用数值积分方法计算了新型磁悬浮转子微陀螺的电容值与转子倾斜角度的关系。计算确定了电容极板尺寸,电容的连接采用了差动电容的连接方式。通过电容检测电路,检测到了小角度输入范围内的陀螺输出信号。检测结果表明:该电容结构对于静态角度输入具有较好的线性响应,该微陀螺原形的电容结构能够检测到的转子倾斜角度可达到0.1°,对应的电容变化约为1 000 aF,满足了微陀螺对电容检测的要求。     

一种带宽直流放大器的设计

设计了一种由前置放大电路、可预置增益放大电路、低通滤波电路、后级放大电路、直流稳压电路及单片机控制电路组成的带宽直流放大器.其中增益放大电路由两级可变增益宽带放大器AD603组成,增益的预置由单片机实现,滤波器采用二阶巴特沃思滤波器,而后级放大电路可将输出电压有效值放大到10 V.整个设计实现了最大电压增益AV≥60 dB,并且增益连续可调,其制作成本低、电源效率高.     

一种双色激光接收放大电路设计

为了实现对双色激光探测器的光电信号转换和处理,设计一种高增益光学接收电路.采用前置放大器和主放大器两部分放大电路,使用多级放大器级联,通过优化各级放大器的放大倍数和级间匹配,实现高增益放大,并转换为差分信号,实现与后级模数转换器件的匹配.通过对接收电路的测试表明,可以有效输出稳定的高增益高信噪比双色信号,实现前放100倍、主放56 dB的放大和差分信号输出.     

基于频分复用的多路微电容检测技术

为使静电悬浮微电机的环形转子稳定悬浮在定子电极腔体的几何中心,需要采用差动电容式传感器检测转子沿五个自由度的运动,然后通过静电悬浮控制系统实现有源静电支承。根据频分复用原理,设计了一套可检测悬浮式转子五个自由度运动的微电容检测电路。采用多路高频正弦信号作为载波加载至与各自由度对应的控制/检测电极上,通过公共电极输出反映转子沿各自由度位移变化的调幅信号,然后经过交流放大、相敏解调、低通滤波后得到各自由度位移检测信号。文中介绍了微电容检测电路的组成及原理,分析了电路特性,给出了x轴检测电路的测试结果。实验表明,检测电路的灵敏度为23.3 V/pF,通频带为10.58 kHz,零位稳定性优于0.1 mV。     

双定子静电微电机控制系统的信号检测研究

介绍了一种基于悬浮转子微陀螺的双定子轴向静电微电机控制系统的信号检测方法,它对实现悬浮转子旋转驱动的闭环控制尤为重要,其主要特点是采用互相关检测—锁定放大、DSP控制直接数字频率合成(DDS)产生正弦波,并通过实际正弦波发生电路和系统仿真验证其可行性,这些提供了解决微小电容检测在实际电路实现上的一些关键问题的办法,为实际电路参数选择提供重要参考。     

基于电容桥的差动电容检测方法

数字闭环石英挠性加速度计系统主要由石英挠性加速度计表头和数字检测电路组成,其极限精度取决于差动电容检测电路的灵敏度。针对数字闭环石英挠性加速度计前端差动电容检测的需求,给出了一种基于电容桥的差动电容检测方法。利用数字电路产生高频方波进行单载波调制,同时利用交流电容桥结构对载波信号进行处理,并设计后续的差分放大电路对载波信号进一步处理最终实现对微弱差动电容变化的检测。经过实验验证,检测电路对电容的检测最终实现最小分辨率约为1. 8 f F(对应加速度变化1μgn)。     

应用于14位流水线ADC的高精度比较器电路设计

为了实现高性能的流水线ADC,设计了一种应用于流水线14位ADC的高精度CMOS比较器,采用全差分结构的前置放大电路、两级动态latch锁存电路和输出缓冲电路,具有高精度和低功耗的特点。前置差分预放大电路放大输入差分信号,提高了比较器的精度,其本身的隔离作用使比较器具有较小的回踢噪声和输入失调电压;两级正反馈latch结构有效提高了比较器的速度;反相器级联的输出缓冲级电路调整输出波形,增加驱动能力。采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,工作于1.8 V电源电压、100 MHz频率,仿真结果显示,该比较器最小分辨电压是3.99 m V,精度达到9位,失调电压为16.235 m V,传输延时为0.73ns,静态功耗为2.216 m W,已成功应用于14位的流水线ADC。     

MAX4194在煤样水分信号检测方面的应用

针对射频电容法检测水分含量时输出信号较低,导致后续处理电路无法对采集信号进行准确处理的问题,提出采用基于MAX4194的信号放大电路,对前端检测电路输出信号进行增益放大使其满足后续处理电路对信号采集的要求。     

离子迁移谱电信号前置放大电路的设计与仿真

离子迁移谱产生的电流信号幅度为pA级,往往淹没在强噪声中难以用常规的仪器测量出来,为了检测如此微弱的电流信号,前置级放大电路是最关键的环节,其设计优劣直接关系到信号数据采集系统的精度.本文采用锁定放大技术的原理,根据OPA128芯片的特点,提出了信号检测的方法和前置放大电路的设计.经过Multisim10软件仿真,该电路检测pA级微电流,误差不超过4.4%,在测量范围内有较好的线性度,满足检测离子迁移谱微电流的要求.该电路也对低频微弱电信号以及直流信号的放大都具有一定的参考价值.     

HgCdTe红外探测器放大电路的低噪声设计

以HgCdTe光伏型红外探测器输出的微弱电流信号为根据对探测器的发前置放大电路和二级放大电路进行设计,运用标准的电路理论建立了等效噪声模型,分析计算电路中各个噪声源引起的噪声,进而运用叠加法计算总的电路的噪声和信噪比可知所设计放大器电路为高增益、低噪声、高信噪比放大电路,最后从工程角度提出了抑制电路噪声的方法.     

差分电容电压转换电路噪声性能分析及测试

本文对电容检测式加速度计系统中广泛采用的差分电容电压转换电路建立了电容电压转换电路的等效噪声模型,并对双运放集成电路芯片所构成的差分电容电压转换电路的本底噪声以及仪表放大器输出端的噪声进行了测试,将电容电压转换电路本底噪声中的差模噪声分量和共模噪声分量进行了分离.测试结果表明影响加速度计系统噪声性能的差模噪声分量占电容...     

磁悬浮轴承转子位移自检测系统研究

研究一种无传感器磁轴承转子位置自检测的方法,该方法不需要专用的位移传感器,因为线圈的电感是转子位移的函数,故其两端的电压也为转子位移的函数,在磁轴承系统的线性功放的输入端注入一高频信号作为转子位置的测试信号,将线圈端电压经过谐振电路来提取含有位置信号的高频电压信号,再将电压信号进行精密半波整流后得到脉动的直流信号,最后,通过低通滤波器得到平滑的转子位移直流信号,经由PID控制器和功放对转子位移进行闭环控制,测试结果证明:此方法是可行的。     

基于TDC-GP22的超声波渡越时间测量方法研究

介绍了采用TDC-GP22用于超声波气体流量计信号接收和渡越时间(TOF)检测的实现方法。针对超声波信号接收电路,设计了带通滤波放大电路进行噪声抑制和放大处理,采用高速模数转换器(ADC)和数字电位器设计了增益控制电路,实现了对超声波接收信号的自动增益控制(AGC);针对超声波渡越时间检测,设计了阈值比较电路和高精度TDC-GP22时间检测电路。利用噪声阈值门限对TDC-GP22进行动态使能,避免了噪声引起的误检测。在音速喷嘴气体流量标准装置上进行了流量标定试验,试验结果证明了本测量系统具有良好的测量精度和测量稳定性。     

放大器的低噪声设计

在放大电路中,信噪比是衡量放大器特性的重要参数,噪声抑制的方法和思路贯穿放大电路设计始终.在音频使用场合,放大器的噪声参数影响输出音质,在射频放大电路中,放大器的噪声参数直接影响无线通讯距离,特别是当输入信号幅度小到一定程度时,有用信号几乎被噪声信号覆盖.噪声特性是表征放大器性能优劣的重要参数,研究放大器噪声特性是设计放大器电路和器件的前提基础.     

Design and experiment of an electromagnetic levitation system for a micro mirror

In this paper, the design and characterization of a contactless electromagnetic levitation and electrostatic driven microsystem is presented, which has applications for example for large scale angle rotation micro mirrors. The proposed design can levitate a fabricated aluminum micro rotor which can incorporate a mirror and control it to rotate around the vertical axis within the range of ± 180°, which enlarges the scanning angle dramatically compared with conventional torsion micro mirrors. The rotation angle of the micro rotor is detected by the change of capacitance and controlled by the electrostatic force produced by variable capacitors. The levitation of the micro rotor is realized by utilizing electromagnetic inductions. The rotation is achieved through electrostatic forces generated by a digital controller. The hybrid system design for a micro rotor, combining magnetic and electrostatic forces is introduced. The digital control strategy is based on a PID controller with bias voltage. The detection interface circuit, which is based on frequency multiplexing, is also presented in this paper. It has been experimentally shown that the proposed design can levitate a 1.65 mm radius and 8 µm thickness aluminum micro rotor to 100 µm height with 20 MHz frequency and 0.5A p-p input current. Square and slope wave input experiments were carried out. The experimental results show that the control principal is in good agreement with the simulation models and this applies as well to the time-response performance and stability.

     

高性能朗缪尔探针测量仪的研制

简要介绍了朗缪尔探针测量仪的系统构成和工作原理,给出了信号发生及采集处理系统的电路设计.通过选用精密低噪声的仪用放大器并组合适当大小、适宜材料的电阻和电容构建模拟链路,以及贯穿于整个模拟链路的滤波电路设计,保证了低噪声采集电路的实现.采用高边检流和浮地方法,解决了单探针测量接地误差问题.设计有8×7个不同的电流采样量程,电压电流信号同步采样,可实现10nA～50 mA动态微弱信号的精确测量.     

一种应用于谐振式微型光学陀螺的高频锁相放大器的设计

谐振式微型光学陀螺(R-MOG)是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件.在R-MOG系统中,信号处理具有非常重要的地位.根据R-MOG系统中,集成光学环形谐振腔的谱线宽度高达几十MHz以及R-MOG输出信号具有弱信号、大噪声特点,设计了一种用于提取被噪声淹没的微弱信号的高频锁相放大器.在对高频锁相放大器各部分电路进行具体设计和分析的基础上,完成了对整体电路的性能测试.测试结果表明,研制的锁相放大器在载波频率为30MHz时的等效输入噪声为11nV/Hz.将整个电路应用于R-MOG系统中,解调出的信号效果良好.     

一种交流激励电容测量电路的性能测试

差动电容传感器已广泛地应用于压力、压差、位移、加速度、振动等非电量的精密测量,参比电容传感器有望用于煤粉浓度测量等领域,而微小电容测量电路是电容传感器应用中的核心和关键技术。微小电容测量的难点在于杂散电容的存在以及电磁干扰,而交流激励电容测量电路可以采用调制解调方式将缓慢变化的电容传感器信号调制在激励源提供的高频载波上,有效抑制同频干扰,工频干扰,运算放大器的失调电压和失调电流,电阻电容等器件的低频噪声干扰。在活塞压力平台上对交流激励电容测量电路进行了性能测试。结果表明,交流激励电容测量电路迟滞误差为0.19%,非线性误差为0.23%,重复性误差为0.29%,可应用于参比电容传感器测量系统。