CN104833823A - 电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法 - Google Patents

电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104833823A
CN104833823A CN201510267202.7A CN201510267202A CN104833823A CN 104833823 A CN104833823 A CN 104833823A CN 201510267202 A CN201510267202 A CN 201510267202A CN 104833823 A CN104833823 A CN 104833823A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
capacitance type
micromechanical accelerometer
type micromechanical
resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510267202.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104833823B (zh
Inventor
于慧君
曾建
周吴
彭倍
曲昊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201510267202.7A priority Critical patent/CN104833823B/zh
Publication of CN104833823A publication Critical patent/CN104833823A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104833823B publication Critical patent/CN104833823B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

本发明主要包括电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法,所述系统包括电容式微机械加速度计和检测电路,检测电路包括差分电容检测模块、电荷放大电路、差分放大模块、PI电路、数据采集器和数据处理装置;微机械加速度计、差分电容检测模块、电荷放大电路、差分放大模块、PI电路依次串联,构成闭环回路;数据处理装置通过数据采集器与PI电路相连;所述方法是通过比较电容式微机械加速度计的超调量和稳态响应时间分别与其设定值的关系,而相应地调整PI电路的元件参数,使电容式微机械加速度计系统的阻尼改变而调节电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间并达到设定要求;本发明方法简单,容易实现,调试方便以及成本较低。

Description

电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法
技术领域
本发明涉及一种电容式微机械加速度计动态性能的改善方法,特别是涉及一种运用PI电路的电容式微机械加速度计的动态性能的改善方法。
背景技术
电容式微机械加速度计是汽车安全气囊系统中的核心器件,主要由两个固定的极板和由弹性梁支撑的可动中间质量块组成。当汽车的瞬时加速度超过某一限定值时,安全气囊自动打开以保护驾驶员的安全。因此,需要电容式微机械加速度计对加速度的响应时间要小,以保证安全气囊能及时打开起到保护作用;同时需要电容式微机械加速度计具有较低的超调量,以避免在没有达到限定加速度附近时,安全气囊误开的情况。
由于超调量和稳态响应时间是衡量加速度计系统动态性能的重要指标,其中,超调量由阻尼比ζ=b/m(b是阻尼,m是中间质量块质量)唯一决定,系统稳态响应时间ts=3/ζωn由阻尼比ζ和固有频率(k是电容式微加速度计的机械刚度)决定。
目前已有通过对电容式微机械加速度计的结构进行优化,增加机械刚度,改变极板间的填充介质改变阻尼大小来减小超调量和稳态响应时间,来提高电容式微机械加速度计系统的动态性能。
如徐淑静、杨拥军等人在《MEMS电容式加速度计的动态特性分析》(《微纳电子技术》2011年05期)一文中提出通过改变电容式加速度计极板间的气体压强和电容极板间隙来改善系统的动态特性,当气体压强较高时,系统的动态特性表现良好,并在电容极板间隙约为3μm时,系统的动态特性达到最优。但这种方法存在对电容式微机械加速度计的加工工艺要求较高,制作时间周期比较长,调试不方便,成本比较相对较高等不足,同时电容式加速度计极板间的气体压强对气体压强的调节很难控制,对控制手段和条件的要求较高。
因此需要一种方法简单,容易实现,调试方便以及成本较低的改善电容式微机械加速度计的动态性能的方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本文提出了一种方法简单,容易实现,调试方便以及成本较低的改善电容式微机械加速度计的动态性能的系统和方法。
本发明所采用的技术方案是:一种电容式微机械加速度计动态性能改善系统,所述系统包括电容式微机械加速度计和检测电路;
所述检测电路包括差分电容检测模块、电荷放大电路、差分放大模块、PI电路、数据采集器和数据处理装置;
所述电容式微机械加速度计、所述差分电容检测模块、所述电荷放大电路、所述差分放大模块以及所述PI电路依次串联连接并且所述PI电路与所述电容式微机械加速度计连接,形成闭环回路;其中,所述PI电路输出反馈电压至所述电容式微机械加速度计以对其施加静电力负反馈;
所述数据处理装置通过所述数据采集器与所述PI电路连接,并且所述数据处理装置分析处理所述数据采集器采集的PI电路输出的反馈电压信号并输出分析处理结果,所述PI电路根据所述分析处理结果而相应地调整其元件参数,以使电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定要求。
根据一种具体的实施方式,所述电容式微机械加速度计包括两个固定极板和一个中间极板;其中,所述电容式微机械加速度计的一个固定极板的电压输入端与所述PI电路的输出端连接,其另一个固定极板的电压输入端通过反相器与所述PI电路的输出端连接,以通过两个固定极板的输入电压对中间极施加静电力负反馈。
根据一种具体的实施方式,所述PI电路包括运算放大器U1、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电容C6;
其中,运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8与所述差分放大模块的输出端连接,其同相输入端接地;电阻R9和电容C6串联后连接在运算放大器U3的反相输入端和其输出端之间;电阻R10的两端分别连接运算放大器U3的反相输入端和输出端。
根据一种具体的实施方式,所述数据处理装置是单片机控制模块,并且所述电阻R8和所述电阻R10为可编程电阻,所述单片机控制模块分别与可编程电阻R8、R10和所述数据采集器连接,所述单片机控制模块根据所述数据采集器采集的所述PI电路输出的反馈电压信号,相应地调整电阻R8和/或电阻R10的电阻值。
本发明还包括一种利用本发明系统的电容式微机械加速度计动态性能改善方法,该方法包括以下步骤,
由差分电容检测模块检测电容式微机械加速度计的状态变化,并根据所述电容式微机械加速度计的状态变化输出差分电容信号至电荷放大电路;
所述电荷放大电路根据所述差分电容信号而输出相应的电压信号至差分放大模块;
所述差分放大模块根据所述电压信号而输出相应的直流电压至PI电路;
所述PI电路根据所述直流电压而输出相应的反馈电压至所述电容式微机械加速度计,以对所述电容式微机械加速度计施加静电力负反馈,并由数据采集器采集所述PI电路输出的反馈电压信号;
由数据处理装置分析处理所述反馈电压信号而获取电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间的数据,将所述电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间的数据分别与其设定值比较而输出分析处理结果;
根据所述分析处理结果,相应地调整PI电路的元件参数,以使所述电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定要求。
根据一种具体的实施方式,所述电容式微机械加速度计的一个固定极板得到所述反馈电压,其另一个固定极板得到与所述反馈电压大小相等极性相反的电压,以对所述电容式微机械加速度计的中间极板施加静电力负反馈。
根据一种具体的实施方式,由单片机控制模块分析处理所述反馈电压信号,获取所述电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间的数据;
由单片机控制模块将得到的超调量和稳态响应时间的数据分别与存储在所述单片机控制模块中超调量和稳态响应时间的设定值比较而获取分析处理结果;
由所述单片机控制模块根据所述分析处理结果,相应地调整所述PI电路的比例系数和/或积分系数,以使所述电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定要求。
根据一种具体的实施方式,由所述单片机控制模块调整可编程电阻R8的电阻值,以调整所述PI电路的比例系数R10/R8;
由所述单片机控制模块调整可编程电阻R8和R10的电阻值且保持所述PI电路的比例系数R10/R8不变,以调整所述PI电路的积分系数。
本发明的有益效果在于:本发明通过改变PI电路元件的参数使电容式微机械加速度计系统的阻尼比和固有频率可调,进而达到改善系统动态性能的目的。因此本发明的实现手段简单容易,并且本发明可根据电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间的设定指标,而相应改变PI电路元件的参数,方便对电容式微机械加速度计系统的调试,因此使设计成本更低,制作调试的时间周期更短。
附图说明
图1是本发明电容式微机械加速度计系统的结构原理图;
图2是本发明系统的一种实施例的结构原理图;
图3是本发明电荷放大电路的原理图;
图4是本发明差分放大模块的原理图;
图5是本发明PI电路的原理图;
图6是本发明单片机控制模块的工作原理图;
图7是本发明电容式微机械加速度计动态性能改善方法流程图;
图8是本发明单片机控制模块的工作流程图。
附图标记列表
1:电容式微机械加速度计  2:差分电容检测模块  3:电荷放大器
4:差分放大模块          5:PI电路            6:数据采集器
7:数据处理装置          8:单片机控制模块
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
图1是本发明电容式微机械加速度计系统的结构原理图,本发明的电容式微机械加速度计动态性能改善系统包括电容式微机械加速度计1和检测电路;检测电路包括差分电容检测模块2、电荷放大电路3、差分放大模块4、PI电路5、数据采集器6和数据处理装置7。
电容式微机械加速度计1与差分电容检测模块2连接,当电容式微机械加速度计1获得加速度时,差分电容检测模块2检测电容式微机械加速度计1的两个固定极板分别与中间极板的电容变化,即C1和C2变化,并根据C1和C2变化,相应地产生的差分电容信号。
差分电容检测模块2与电荷放大电路3连接,通过电荷放大电路3将差分电容信号进行放大,并将其转化为电压信号。
电荷放大电路3与差分放大模块4连接,通过差分放大模块4将电压信号转化为直流电压信号。
差分放大模块4连接与PI电路5连接,通过PI电路5对直流电压信号进行放大处理和消除静态误差的处理而输出反馈电压。
PI电路5的输出端与电容式微机械加速度计1连接,形成闭环回路,其中,电容式微机械加速度计1包括两个固定极板和一个中间极板,电容式微机械加速度计中的一个固定极板的电压输入端与PI电路5的输出端连接,另一个固定极板的电压输入端通过反相器与PI电路5的输出端连接,以通过两个固定极板的输入电压对中间极施加静电力负反馈。
而且,PI电路5与数据采集器6连接,可通过数据采集器6采集PI电路的反馈电压信号,数据处理装置7与数据采集器6连接,通过数据处理装置7来分析处理数据采集器6采集的反馈电压信号,并输出相应的分析处理结果,输出的分析处理结果包含电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间与设定要求的超调量和稳态响应时间的差值和需达到设定要求PI电路5中对应元件应取的参数。
因此,根据所述分析处理结果,PI电路5相应地调整其对应元件的参数,PI电路5输出的反馈电压也相应变化,使其施加在电容式微机械加速度计上的静电力负反馈的也相应变化,最终达到调节电容式微机械加速度计系统的阻尼的目的,进而使电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定要求。
本发明的电容式微机械加速度计动态性能改善系统,是通过PI电路输出的反馈电压作用在电容式微机械加速度计的两个固定极板上,对中间极板施加静电力负反馈而调节电容式微机械加速度计系统的阻尼,从而调整电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间,即达到改善其动态性能的目的。
图2是本发明系统的一种实施例的结构原理图,其中,数据处理装置7替代为单片机控制模块8,通过单片机控制模块8来处理数据采集器6采集的反馈电压信号。
本发明系统中的数据处理装置7可以是计算机,或者其他可达到本发明中的数据处理装置7等同技术效果的设备或装置。
图3是本发明电荷放大电路的原理图,其中,电荷放大电路3包括运算放大器U1,和分别并联在运算放大器U1的反相输入端和其输出端的电阻R1和电容C3;差分电容信号由运算放大器U1的反相输入端输入,经放大后转化为电压信号V1,并将电压信号V1输出至差分放大模块。
图4是本发明差分放大模块的原理图,差分放大模块4包括相位开关、滤波电路和差分放大电路;其中,相位开关将电压信号V1分为正电压信号V3和负电压信号V4,滤波电路对正电压信号V3和负电压信号V4滤波,并将滤波后的所述正电压信号和负电压信号传输至差分放大电路的运算放大器U2的同相输入端和反相输入端,差分放大电路输出同相输入端和反相输入端的电压,而输出直流电压V7至PI控制电路5。
图5是本发明PI电路的原理图,其中,PI电路5包括运算放大器U3、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电容C6;其中,运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8与差分放大模块的输出端连接,运算放大器U3的同相输入端接地;电阻R9和电容C6串联后连接在运算放大器U3的反相输入端和其输出端之间;电阻R10的两端分别连接运算放大器U3的反相输入端和其输出端。
其中,直流电压V7通过电阻R8流入至运算放大器U3的反相输入端,由于电阻R8、R10与运算放大器U3构成的反相比例运算电路,对直流电压V7放大R10/R8倍;电阻R8、R9,电容C6和运算放大器U3构成积分运算电路,且由于电阻R9和电容C6串联后与电阻R10的并联关系,因此反相比例运算电路与积分运算电路输出的电压相同,即相当于对直流电压V7进行了放大和消除静态误差的处理后输出反馈电压V0
PI电路5通过一条支路将反馈电压V0传输至电容式微机械加速度计的一个固定极板上,通过另一条设置有反相器的支路将反馈电压V0传输至电容式微机械加速度计1的另一个固定极板上,通过电容式微机械加速度计1的两个固定极板与中间极板之间的电场力作用,增加电容式微机械加速度计1的静电力阻尼,从而使电容式微机械加速度计系统的阻尼增大。
具体的,PI电路5是采用的串联滞后校正的方法,PI电路5的传递函数为:
H ( s ) = R 10 R 8 1 + sR 9 C 6 1 + ( R 10 + R 9 ) C 6
根据PI电路5的传递函数,调节PI电路5的电阻R8的电阻值可实现比例系数调节,电阻R8越小,比例系数越大,反馈电压V0就越大,产生的静电力阻尼就越大,因此电容式微机械加速度计系统达到稳定的时间越短,减小了稳态响应时间,但同时其超调量也越大,降低系统的稳定性。
另一方面,调节电容C6或者电阻R10的参数可以有效地调节PI电路5的积分系数,为了保持PI电路5的零点位置不变,在保证R10/R8的值不变的条件下,同时调整电阻R10,R8的电阻值或者单独调整电容C6的值,便可以有效地调节积分时间系数,积分时间系数越大,即积分作用越弱,电容式微机械加速度计系统的超调量越小。
本发明的电容式微机械加速度计动态性能改善系统通过对电容式微机械加速度计1施加静电力负反馈的方式来相应地改善其动态性能,从而避免改进电容式微机械加速度计1制作工艺,降低成本和时间周期,并提供了一种更简易可行的调试装置。
图6是本发明单片机控制模块的工作原理图,本发明中的数据处理装置7采用单片机控制模块8,并且PI电路5中的电阻R8和电阻R10是可编程电阻,其中,单片机控制模块8包括MCU、比较控制器,MCU通过两个比较控制器分别与可编程电阻R8、R10连接,数据采集器6将采集的反馈电压信号传输至MCU。
由于反馈电压信号可以表征电容式微机械加速度计1检测到的加速度信号,因此,MCU通过对反馈电压信号进行运算分析处理,可获取超调量数据和稳态响应时间数据,同时,比较超调量数据与超调量设定值和稳态响应时间数据与稳态响应时间设定值,根据比较处理的结果,MCU生成相应的超调量控制信号和稳态响应时间控制信号。
按照设定的顺序,MCU先开启超调量控制信号的输出端口,关闭稳态响应时间控制信号的输出端口,与可编程电阻R8相连的比较控制器根据超调量控制信号,相应地调整可编程电阻R8的电阻值。当完成对可编程电阻R8的调整时,MCU保存可编程电阻R8、R10的电阻值数据。
然后,关闭超调量控制信号的数据端口,开启稳态响应时间控制信号的输出端口,两个与可编程电阻R8、R10连接的比较控制器根据稳态响应时间控制信号,在保持可编程电阻R8与R10的电阻值按MCU保存的电阻值比例变化的前提下,相应地调整可编程电阻R8、R10的电阻值。当完成对可编程电阻R8、R10的调整,MCU保存可编程电阻R8、R10的电阻值。
再次对电容式微机械加速度计系统进行超调量和稳态响应时间的检测,并根据检测的数据,由单片机控制模块8再次做出相应的处理,以使电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定值。
最终达到设定指标时,从单片机控制模块8中导出可编程电阻R10、R10的电阻值,按照其电阻参数值,将电容式微机械加速度计动态性能改善系统投入生产制造。
本发明的电容式微机械加速度计动态性能改善系统通过单片机控制模块8实现对系统超调量和稳态响应时间数据的运算处理,而相应地控制可编程电阻R8、R10的电阻值,实现对电容式微机械加速度计系统的动态性能的自动调节和测试,大大地提升效率。
图7是本发明闭环电容式微机械加速度计动态稳定方法的流程图,其中,该方法包括以下步骤:
步骤10,电容式微机械加速度计1的中间极板会由于惯性力的作用而偏离中心位置,而使中间极板与电容式微机械加速度计的两个固定极板之间的电容发生变化,差分电容检测模块2由其内部的低功率振荡器产生激励方波来检测电容变化,并根据检测的电容变化,相应地输出差分电容信号至电荷放大电路3。
步骤11,电荷放大电路3接收差分电容检测模块2输出的差分电容信号,对其进行放大处理,并输出相应的电压信号至差分放大模块4。
步骤12,差分放大模块4接收电荷放大电路3输出的电压信号,对电压信号进行滤波和放大处理,输出相应的直流电压至PI电路5;
步骤13,PI电路接5收差分放大模块输出的直流电压,通过PI电路5的比例运算电路和积分运算电路,对直流信号放大和消除静态误差的处理,输出相应的反馈电压至电容式微机械加速度计1;通过反馈电压在电容式微机械加速度计1的两个固定极板间产生电场力,以对中间极板施加静电力负反馈。
步骤14,通过适用于电容式微机械加速度计1的数据采集器6来采集反馈电压信号,将数据采集器6连接至数据处理装置7,通过数据处理装置7来读取采集的反馈电压信号,并对其进行分析处理,而获取超调量和稳态响应时间的数据,再将获取的超调量和稳态响应时间的数据分别与超调量和稳态响应时间的设定值做比较,若满足设定的要求,则保持参数值,否则计算出PI电路5中需改变的元件参数值;最后将分析处理结果输出。
步骤15,根据数据处理装置输出的分析处理结果,相应地改变PI电路5中元件的参数值,再次进行调试,即依次重复上述步骤,最终使电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定要求。
利用本发明系统的电容式微机械加速度计动态稳定方法,通过调整PI电路5的元件参数来改变反馈电压而调整反馈电压产生的静电力负反馈,以达到调整电容式微机械加速度计系统阻尼的目的,从而调整电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间,改善其动态性能。
本发明的方法相比通过改进电容式微机械加速度计的结构或制作工艺来改善电容式微机械加速度计系统的动态性能的方法而言,成本低、时间周期短,实现容易。
图8是本发明单片机控制模块的工作流程图,其中,第一步,首先打开系统,系统进行初始化,设定可编程电阻R8和R10的初始值,开始电容式微机械加速度计的调试。
第二步,单片机控制模块8通过数据采集器6采集PI电路的反馈电压信号,由单片机控制模块8中的MCU对反馈电压信号进行分析处理,获取电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间。
比较电容式微机械加速度计系统的超调量与其设定值的大小,若大于设定值,则由MCU计算出差值,并根据相应的差值,输出超调量控制信号至与可编程电阻R8连接的比较控制器,使比较控制器增大可编程电阻R8的电阻值。当可编程电阻R8的电阻值调整完成后,MCU将其电阻值保存。
若小于或等于设定值,则保存当前可编程电阻R8的电阻值,同时由MCU比较电容式微机械加速度计系统的稳态响应时间与其设定值的大小。
第三步,由MCU比较电容式微机械加速度计系统的稳态响应时间与其设定值的大小。
若大于,则由MCU计算出差值,并根据相应的差值,输出稳态响应时间控制信号至与可编程电阻R8、R10分别连接的比较控制器,并保持当前可编程电阻R8与R10的电阻值比例不变的条件下,同时减小可编程电阻R8、R10的电阻值;当可编程电阻R8、R10的电阻值调整完成后,MCU将可编程电阻R8、R10的电阻值保存。
第四步,若电容式微机械加速度计1的稳态响应时间小于或等于设定值,则MCU保存可编程电阻R8、R10的电阻值,再次对电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间进行检测,完成调试。
利用本发明系统的电容式微机械加速度计动态稳定方法利用单片机控制模块8对超调量和稳态响应时间数据的运算处理,而自动调整可编程电阻R8、R10的电阻值,从而实现了对电容式微机械加速度计1动态性能的自动调节和测试,大大地提升效率。
此外,本发明还可以将电容C6作为可编程电容,也可达到改变PI电路5参数的目的,不再赘述,本领域技术人员根据说明书记载的内容不需付出创造性劳动即可得出。
需要注意的是,上述具体实施例是示例性的,本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案,而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白,本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种电容式微机械加速度计动态性能改善系统,其特征在于,所述系统包括电容式微机械加速度计(1)和检测电路;
所述检测电路包括差分电容检测模块(2)、电荷放大电路(3)、差分放大模块(4)、PI电路(5)、数据采集器(6)和数据处理装置(7);
所述电容式微机械加速度计(1)、所述差分电容检测模块(2)、所述电荷放大电路(3)、所述差分放大模块(4)以及所述PI电路(5)依次串联连接并且所述PI电路(5)与所述电容式微机械加速度计(1)连接,以形成闭环回路;其中,所述PI电路(5)输出反馈电压至所述电容式微机械加速度计(1)以对其施加静电力负反馈;
所述数据处理装置(7)通过所述数据采集器(6)与所述PI电路(5)连接,并且所述数据处理装置(7)分析处理所述数据采集器(6)采集的PI电路(5)输出的反馈电压信号并输出分析处理结果,所述PI电路(5)根据所述分析处理结果而相应地调整其元件参数,以使电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定要求。
2.根据权利要求1所述的电容式微机械加速度计动态性能改善系统,其特征在于,所述电容式微机械加速度计(1)包括两个固定极板和一个中间极板;其中,所述电容式微机械加速度计(1)的一个固定极板的电压输入端与所述PI电路(5)的输出端连接,其另一个固定极板的电压输入端通过反相器与所述PI电路(5)的输出端连接,以通过两个固定极板的输入电压对中间极施加静电力负反馈。
3.根据权利要求1所述的电容式微机械加速度计动态性能改善系统,其特征在于,所述PI电路(5)包括运算放大器U3、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电容C6;
其中,运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8与所述差分放大模块(4)的输出端连接,其同相输入端接地;电阻R9和电容C6串联后连接在运算放大器U3的反相输入端和其输出端之间;电阻R10的两端分别连接运算放大器U3的反相输入端和输出端。
4.根据权利要求3所述的电容式微机械加速度计动态性能改善系统,其特征在于,所述数据处理装置(7)是单片机控制模块(8),并且所述电阻R8和所述电阻R10为可编程电阻,所述单片机控制模块(8)分别与可编程电阻R8、R10和所述数据采集器(6)连接,以使所述单片机控制模块(8)根据所述数据采集器(6)采集的所述PI电路输出的反馈电压信号,相应地调整电阻R8和/或电阻R10的电阻值。
5.一种利用如权利要求1所述系统的电容式微机械加速度计动态性能改善方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤,
由差分电容检测模块(2)检测电容式微机械加速度计(1)的状态变化,并根据所述电容式微机械加速度计(1)的状态变化输出差分电容信号至电荷放大电路(3);
所述电荷放大电路(3)根据所述差分电容信号而输出相应的电压信号至差分放大模块(4);
所述差分放大模块(4)根据所述电压信号而输出相应的直流电压至PI电路(5);
所述PI电路(5)根据所述直流电压而输出相应的反馈电压至所述电容式微机械加速度计(1),以对所述电容式微机械加速度计(1)施加静电力负反馈,并由数据采集器(6)采集所述PI电路(5)输出的反馈电压信号;
由数据处理装置(7)分析处理所述反馈电压信号而获取电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间的数据,将所述电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间的数据分别与其设定值比较而输出分析处理结果;
根据所述分析处理结果,相应地调整所述PI电路(5)的元件参数,以使所述电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定要求。
6.根据权利要求5所述的电容式微机械加速度计动态性能改善方法,其特征在于,所述电容式微机械加速度计(1)的一个固定极板获取所述反馈电压,其另一个固定极板获取与所述反馈电压大小相等极性相反的电压,以在所述电容式微机械加速度计(1)的固定极板间形成电场,对中间极板施加静电力负反馈。
7.根据权利要求5所述的一种电容式微机械加速度计动态性能改善方法,其特征在于,由单片机控制模块(8)分析处理所述反馈电压信号,获取所述电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间的数据;
由单片机控制模块(8)将得到的超调量和稳态响应时间的数据分别与存储在所述单片机控制模块(8)中超调量和稳态响应时间的设定值比较而获取分析处理结果;
由所述单片机控制模块(8)根据所述分析处理结果,相应地调整所述PI电路(5)的比例系数和/或积分系数,以使所述电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定要求。
8.根据权利要求7所述的电容式微机械加速度计动态性能改善方法,其特征在于,由所述单片机控制模块(8)调整可编程电阻R8的电阻值,以调整所述PI电路(5)的比例系数R10/R8;
由所述单片机控制模块(8)调整可编程电阻R8和R10的电阻值且保持所述PI电路(5)的比例系数R10/R8不变,以调整所述PI电路的积分系数。
CN201510267202.7A 2015-05-22 2015-05-22 电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法 Expired - Fee Related CN104833823B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510267202.7A CN104833823B (zh) 2015-05-22 2015-05-22 电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510267202.7A CN104833823B (zh) 2015-05-22 2015-05-22 电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104833823A true CN104833823A (zh) 2015-08-12
CN104833823B CN104833823B (zh) 2017-11-03

Family

ID=53811834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510267202.7A Expired - Fee Related CN104833823B (zh) 2015-05-22 2015-05-22 电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104833823B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105259372A (zh) * 2015-10-14 2016-01-20 华东光电集成器件研究所 晶圆级电容式加速度计自动测试系统
CN105699694A (zh) * 2016-04-21 2016-06-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 基于fpga的微机电混合σδm加速度计闭环检测电路系统
CN106597015A (zh) * 2016-12-02 2017-04-26 电子科技大学 一种提高电容式硅微加速度传感器输出稳定性的闭环电路
CN106921383A (zh) * 2017-04-18 2017-07-04 四川知微传感技术有限公司 一种低功耗低噪声mems加速度计接口电路
CN107085124A (zh) * 2017-04-25 2017-08-22 湘潭大学 一种全差分力平衡模式mems加速度传感器信号处理电路
CN107238382A (zh) * 2017-05-22 2017-10-10 东南大学 一种硅微陀螺仪差分电容检测电路
CN108966099A (zh) * 2017-05-19 2018-12-07 恩智浦美国有限公司 激励电路、包括激励电路和电容性换能器的系统及方法
CN109324210A (zh) * 2018-12-13 2019-02-12 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 补偿控制器及mems加速度计闭环伺服专用集成电路
CN110132140A (zh) * 2019-06-06 2019-08-16 电子科技大学 一种光学位移检测传感器组件
US20220381587A1 (en) * 2021-05-25 2022-12-01 Hang Zhou Nano Core Chip Electronic Technology Co., Ltd Capacitive sensor chip based on power-aware dynamic charge-domain amplifier array

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6101864A (en) * 1997-12-17 2000-08-15 I/O Sensors, Inc. Method and apparatus for generation of test bitstreams and testing of close loop transducers
CN101858930A (zh) * 2010-05-25 2010-10-13 浙江大学 一种用于电容式微机械加速度计的温度补偿装置
CN201688848U (zh) * 2010-05-28 2010-12-29 南京理工大学 双质量振动式硅微机械陀螺仪接口电路
CN102707088A (zh) * 2012-05-28 2012-10-03 西北工业大学 微机械加速度计的高阶连续低通sigma-delta闭环控制电路
CN103308720A (zh) * 2013-06-04 2013-09-18 西北工业大学 微机械加速度计的3阶连续低通反馈型sigma-delta闭环控制电路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6101864A (en) * 1997-12-17 2000-08-15 I/O Sensors, Inc. Method and apparatus for generation of test bitstreams and testing of close loop transducers
CN101858930A (zh) * 2010-05-25 2010-10-13 浙江大学 一种用于电容式微机械加速度计的温度补偿装置
CN201688848U (zh) * 2010-05-28 2010-12-29 南京理工大学 双质量振动式硅微机械陀螺仪接口电路
CN102707088A (zh) * 2012-05-28 2012-10-03 西北工业大学 微机械加速度计的高阶连续低通sigma-delta闭环控制电路
CN103308720A (zh) * 2013-06-04 2013-09-18 西北工业大学 微机械加速度计的3阶连续低通反馈型sigma-delta闭环控制电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
詹陈长 等: "一种低功耗高精度Sigma-Delta调制器", 《固体电子学研究与进展》 *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105259372B (zh) * 2015-10-14 2018-07-10 华东光电集成器件研究所 晶圆级电容式加速度计自动测试系统
CN105259372A (zh) * 2015-10-14 2016-01-20 华东光电集成器件研究所 晶圆级电容式加速度计自动测试系统
CN105699694A (zh) * 2016-04-21 2016-06-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 基于fpga的微机电混合σδm加速度计闭环检测电路系统
CN106597015A (zh) * 2016-12-02 2017-04-26 电子科技大学 一种提高电容式硅微加速度传感器输出稳定性的闭环电路
CN106597015B (zh) * 2016-12-02 2019-06-14 电子科技大学 一种提高电容式硅微加速度传感器输出稳定性的闭环电路
CN106921383A (zh) * 2017-04-18 2017-07-04 四川知微传感技术有限公司 一种低功耗低噪声mems加速度计接口电路
CN106921383B (zh) * 2017-04-18 2023-05-23 四川知微传感技术有限公司 一种低功耗低噪声mems加速度计接口电路
CN107085124A (zh) * 2017-04-25 2017-08-22 湘潭大学 一种全差分力平衡模式mems加速度传感器信号处理电路
CN107085124B (zh) * 2017-04-25 2019-11-05 湘潭大学 一种全差分力平衡模式mems加速度传感器信号处理电路
US10983141B2 (en) 2017-05-19 2021-04-20 Nxp Usa, Inc. Excitation circuit, system including excitation circuit and capacitive transducer, and method
CN108966099A (zh) * 2017-05-19 2018-12-07 恩智浦美国有限公司 激励电路、包括激励电路和电容性换能器的系统及方法
CN107238382A (zh) * 2017-05-22 2017-10-10 东南大学 一种硅微陀螺仪差分电容检测电路
CN109324210A (zh) * 2018-12-13 2019-02-12 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 补偿控制器及mems加速度计闭环伺服专用集成电路
CN109324210B (zh) * 2018-12-13 2024-03-15 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 补偿控制器及mems加速度计闭环伺服专用集成电路
CN110132140B (zh) * 2019-06-06 2020-09-01 电子科技大学 一种光学位移检测传感器组件
CN110132140A (zh) * 2019-06-06 2019-08-16 电子科技大学 一种光学位移检测传感器组件
US20220381587A1 (en) * 2021-05-25 2022-12-01 Hang Zhou Nano Core Chip Electronic Technology Co., Ltd Capacitive sensor chip based on power-aware dynamic charge-domain amplifier array
US11796349B2 (en) * 2021-05-25 2023-10-24 Hang Zhou Nano Core Chip Electronic Technology Co.,Ltd Capacitive sensor chip based on power-aware dynamic charge-domain amplifier array

Also Published As

Publication number Publication date
CN104833823B (zh) 2017-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104833823A (zh) 电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法
CN201688848U (zh) 双质量振动式硅微机械陀螺仪接口电路
CN103162680B (zh) 基于力平衡闭环控制的硅微机械陀螺性能提升方法及装置
CN203014748U (zh) 微机械陀螺仪闭环驱动自动增益控制电路
CN103630748B (zh) 一种用于微型电网谐波阻抗测量的装置及方法
CN204425298U (zh) 一种微弱交流信号幅值锁定放大器
CN104035012B (zh) 一种局部放电特高频信号检测的调理电路
CN101694962A (zh) 一种用于开关稳压电源控制器的环路补偿电路
CN106787910A (zh) 应用于并网逆变器电流控制的改进重复控制器设计方法
CN104678765A (zh) 压电陶瓷执行器迟滞模型及其控制方法
CN102857133A (zh) 单相单级光伏逆变器的电流控制方法及电流控制系统
CN103326386A (zh) 一种基于电容电压的并网逆变器有源阻尼方法
CN103713159B (zh) 一种闭环微机械加速度计反馈方法
CN109633207A (zh) 一种数字闭环加速度计片上在线自检测系统及方法
CN103904693A (zh) 基于频率自适应虚拟磁链估测的电网同步方法
CN109546660B (zh) 基于神经滑模控制策略的有源电力滤波电路和控制方法
CN102355263B (zh) 一种改进的信号采集调理电路
CN104614552A (zh) 五电极微机械加速度计数字闭环控制电路及其接口电路以及五电极微机械加速度计系统
CN104539264B (zh) 应用于eps电源系统的滤波方法及滤波电路
CN106767362A (zh) 一种电容式微位移传感器检测电路
CN203596803U (zh) 一种频率补偿的装置
CN204439713U (zh) 基于新型直流隔离积分器的空心线圈电流互感器
CN103091561A (zh) 从交直流叠加信号中提取直流信号的装置及方法
CN203259542U (zh) 一种挠性摆式加速度计数字控制电路
CN204788410U (zh) 一种新型陀螺组合

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Yu Huijun

Inventor after: Peng Bei

Inventor after: Zeng Jian

Inventor after: Zhou Wu

Inventor after: Dai Xiaolin

Inventor before: Yu Huijun

Inventor before: Zeng Jian

Inventor before: Zhou Wu

Inventor before: Peng Bei

Inventor before: Qu Hao

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: YU HUIJUN CENG JIAN ZHOU WU PENG BEI QU HAO TO: YU HUIJUN PENG BEI CENG JIAN ZHOU WU DAI XIAOLIN

EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171103

Termination date: 20200522

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee