MEMS三轴数字陀螺仪标定方法研究

MEMS陀螺仪作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测与导航控制中有着广泛应用.根据三轴数字陀螺仪的数学模型,设计了三轴数字陀螺仪的标定实验,介绍了数学模型中陀螺仪标度因数、安装误差系数以及零偏移值的计算与处理方法.理论分析与实验结果表明:该标定方法原理简单、易于实现,且标定结果精度高,标定后的解算矩阵可为后续姿态解算和导航控制提供较为准确的量测数据,同时,该标定过程和数据处理方法对MEMS三轴数字陀螺仪的标定具有一定的参考价值.     

基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计

为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中。给出了单元的标定方法,分析了其误差来源,建立误差模型以及自主设计了标定系统。实验结果表明:该单元能有效地消除信号干扰,具有满意的精度要求,可对运用该单元进行汽车姿态监测等提供理论研究与工程应用参考。     

MEMS传感器的惯性测量模块的设计与初始校准

设计了一种基于微机电系统(MEMS)传感器的惯性测量模块,它包括三轴加速度计、三轴陀螺和三轴磁阻传感器。这种惯性测量模块具有体积小、功耗低、成本低的优点,可以方便地用在微小机器人定位系统以及空中机器人控制系统中。详细分析了模块的误差来源,提出了模块中三轴加速度计的非正交误差模型。并运用基于Newton迭代的方法实现了一种自动初始校准算法。实验结果表明:这种自动初始校准算法可以有效地消除该模块的固定偏差、比例误差和非正交误差。     

地震勘探用三维MEMS加速度传感器的研究

以MEMS加速度传感器为基础的新型数字地震检波器是地震勘探所用仪器的发展方向之一。介绍了一种三维MEMS加速度检波器结构,这有别于传统三分量MEMS传感器通过用3只MEMS加速度传感器按正交直角组装。并通过PSpice软件对其进行了整体仿真,仿真结果表明其阶跃响应和正弦响应基本和理论分析的结果吻合。     

汽车MEMS传感器的应用及发展

本文通过大量的文献资料，评述汽车MEMS（微机电系统）传感器的应用现状及发展趋势，其中重点介绍几种传感器的原理和结构，同时对该领域的产业化也进行了探讨。     

基于MEMS技术的气体传感器

综述了目前国内外主要MEMS气体传感器的原理,包括谐振式微悬臂梁型、声表面波型、阻抗变化型、声光法、气体光谱、催化燃烧式和高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)检测法。对各种传感器的特点进行了比较。     

多功能射流陀螺的理论与实验研究

本文提出一种新型固态陀螺——射流陀螺,它兼有角速率陀螺和角度陀螺功能.文中详细分析了射流速率陀螺的工作原理、射流动力学、结构及实验.根据相似理论原理,利用空气的热升冷降特性,类比于射流速率陀螺的工作原理,提出一种新型的,可全方位测量的角度陀螺.     

MEMS气体流量传感器的简易流量测试装置

为了完成所研制的MEMS气体流量传感器样品的流量测试与标定,设计制作了一种由标准流量发生器和传感器信号读出与数据采集电路组成的简易流量测试装置。标准流量发生器由注射器和可更换的砝码组成,利用不同的砝码配重,在注射器出气口产生合适的恒定气体流速。通过理论分析和Ansys有限元数值仿真,验证了简易标准流量发生器的可行性。传感器信号读出与数据采集电路基于内建多路A/D转换器的单片机实现,具有传感器加热电阻器的恒温控制、流量信号的数字检测和显示的功能。采用该简易流量测试装置对自行研制的MEMS气体流量传感器进行了流量测试与标定,获得了待测器件的标定参数、传感器流量测量的绝对误差和相对误差。     

基于钎焊的MEMS陀螺真空封装设计与实验研究

对于线振动硅微机电系统(MEMS)陀螺,真空封装是减小其振动阻尼、提高振动品质因数,进而提高性能的一种有效的措施。设计了一种基于钎焊的硅MEMS陀螺真空封装方案,该方案因不采用吸气剂,故可实现真空度可控。理论计算表明:该封装形式可以保持1 Pa以下的真空度;经过对真空封装后的陀螺实验测试结果表明:设计的陀螺驱动轴品质因数为1500,实际封装后的陀螺驱动轴品质因数为1700,满足真空度设计目标。经过对封装后的陀螺品质因数进行186 d的跟踪测试,品质因数基本保持不变,验证了该真空封装方案的可靠性。     

MEMS惯性器件的主要失效模式和失效机理研究

针对微机电系统(MEMS)器件的可靠性问题,通过大量的历史资料调研和失效信息收集等方法,针对微机电系统(MEMS)器件的可靠性问题,对冲击、振动、湿度、温变、辐照和静电放电(ESD)等不同环境应力条件下的MEMS惯性器件典型失效模式及失效机理进行了深入分析和总结,研究结果有利于指导未来MEMS惯性器件的失效分析和可靠性设计.     

新型MEMS地震检波器的研究

以MEMS加速度传感器为基础的新型地震检波器大幅度提高了地震检波器的各项性能指标.介绍了一种新型的石油勘探MEMS地震检波器的设计及其主要技术参数,并通过微传感器结构的力学性能仿真,得出其具体的结构尺寸.经采用表面工艺和体工艺相结合的方法,利用磁控溅射、光刻、化学蚀刻及等离子体蚀刻等工艺,在高阻硅上制备出检波器样品.     

基于MEMS的药物释放系统

微机电系统(MEMS:Microelectro-Mechanic System)是一个集成化系统,该系统既有传感单元,又有中央处理控制单元及执行相应操作的单元,它涉及医药、生物、材料、电子、机械、集成电路工艺等多方面的内容．MEMS技术的产生和发展将带动众多交叉学科与高新     

MEMS压力传感器现状及其在弹药上的应用

随着MEMS技术、集成电路技术和材料制备与特性研究工作的进展,必将使得MEMS压力传感器的批量生产、在弹药中的大量应用成为可能。系统地分析MEMS压力传感器的特点、分类及国内外发展现状,包括研究现状、产品现状和MEMS压力传感器在弹药中的应用,对相关的科学研究具有重要意义。     

基于MEMS传感器的虚拟现实参观系统

提出了一种基于MEMS传感器、LM3S1138嵌入式处理器和Vega仿真平台的虚拟现实参观系统,介绍了系统主机端和手柄模块的系统结构。通过坐标变换的方法将传感器测量值转换成手柄在球坐标系中的状态,并计算出动作指令发送给主机端以改变虚拟场景中的视角。在Vega虚拟场景中对比了理论指令边界和实测指令边界,说明该系统可以达到预期设计目标。     

阵列式MEMS仿生矢量振动传感器研究

针对在同一个物理测试过程中,往往会遇到很多所需测量振动信号的大小和频率在大范围内变化,而一个振动传感器很难满足测试要求的情况,提出了一种四单元集成阵列式仿生矢量振动传感器,4个微结构传感器量程分别为:10,100,500,1 000 gn。在分析敏感结构数学模型的基础上,用ANSYS软件对阵列敏感元件进行仿真,最后对加工好的传感器进行了相关的测试。测试结果表明:该阵列式振动传感器在二维方向的灵敏度高,线性度好,输出稳定性好。量程为100 gn传感器x向灵敏度为2.6134 mV/gn,线性度为0.99991,y向灵敏度为2.5563 mV/gn,线性度为0.99968。     

MEMS微型NO2气体传感器的研究

采用MEMS技术制作了硅基微型NO2气体传感器,选用高分子金属酞菁聚合物酞菁铜作为敏感膜,从半导体理论出发解释了酞菁铜的敏感机理。阐述了该传感器的结构与工艺流程,并测试了传感器的气敏特性、温度特性、响应时间和恢复时间等敏感特性。实验结果验证了酞菁铜对NO2气体的敏感性,该传感器可以检测到10^-6量级的NO2气体,且响应时间快。     

基于MEMS的参量放大的设计与实现

参量放大效应是一种非线性振动放大效应,利用该效应可以极大地增加MEMS陀螺和加速度计等谐振式传感器的振幅,从而提高谐振式传感器检测灵敏度和信噪比。根据理论分析和有限元仿真结果,设计了一种MEMS参量放大结构。该结构采用SOG工艺加工,在950Pa左右的气压环境下对该结构进行了实验研究,并得到了该结构参激电压、相位与放大倍数之间的关系。实验结果表明：参量放大效应的实测结果与理论分析结果吻合很好,当参数激励电压为5.7V时,参量放大倍数超过50倍,大幅提高了结构的振幅,为以后应用参量放大效应提高MEMS惯性仪表性能提供了一种新方法。     

基于低成本MEMS陀螺的小波阈值去噪应用研究

通过有效抑制微机电系统(MEMS)陀螺的随机漂移误差,实现了提高低成本MEMS陀螺的测量精度.研究了小波阈值去噪算法的基本原理,分析了影响小波阈值去噪质量的主要因素;确定了小波函数类型、小波分解的层数、去噪阈值以及去噪阈值函数;利用小波阈值去噪算法对实际陀螺信号进行了去噪处理,结果表明:陀螺随机漂移得到了明显的抑制,取得了良好的去噪效果.     

基于MEMS传感器群的人体运动捕获

通过附在人身上的微型传感器对人体运动进行实时捕获.使用MEMS数字传感器和计算、通信设备搭建一种运动捕获系统,将导航和机器人机构学算法进行裁剪整合,权衡并且优化了计算量和精度,得出一种能用于人体运动捕获的算法并植入运动捕获系统.理想情况实验表明:系统的捕获误差为±2°,能迅速跟踪运动.系统的整体实验发现:系统捕获精度可以达到专业运动捕获的70％,对系统的误差进行了分析.本系统在保证运动捕获精度和速度的情况下,使用廉价设备,不需要高通量的数据计算,兼具轻便,对人体运动干扰小.     

非硅MEMS电容式微加速度计的测控电路设计

为了提高MEMS微加速度计的量程和抗过载能力,设计了基于UV-LIGA技术的非硅MEMS电容式微加速度计。针对该加速度计,设计了基于相敏解调的差分电容测控电路。检测通道主要由前置级电荷积分放大电路、带通滤波电路、相敏解调器、低通滤波以及电平转换电路组成,反馈通道由低通滤波和加法电路组成。完成了微加速度计测控电路的调试和检测通道的标定实验,实验表明:检测通道的量程约为±6 pF,灵敏度为89.3 mV/pF,线性度为2.59%,满足加速度计检测通道的要求。