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一种新型数字式加速度传感器原理与设计
  • ISSN号:1004-1699
  • 期刊名称:《传感技术学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP212.1[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]中科院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室,上海200050, [2]Delft University of Technology,荷兰
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(60406009)
中文摘要:

建立了一种新型纯数字式加速度传感器的理论模型,通过检测吸合时间差检测加速度.该传感器不存在吸合电压的限制,避免了寄生电容的影响,其芯片面积远小于传统电容式加速度传感器;由于输出时间信号,可采用简单的纯数字接口电路检测.理论分析表明,质量块在两个检测电极之间的吸合时间差△T与加速度成正比关系,通过检测△T的变化即可检测加速度,其灵敏度、非线性与传统电容式加速度传感器相当.设计了一个悬臂梁-质量块结构的加速度传感器,芯片有效面积仅为0.03mm^2,模拟结果显示,工作电压为8V,加速度为1gn时,吸合时间的变化△T为1.0554μs.采用TTL电路进行检测,其分辨率可以达到0.01gn,满量程±10gn工作时,非线性度为1.23%.

英文摘要:

Principle of a novel digital accelerometer is presented here. The accelerometer consists of a beammass structure, with two driven electrodes on each side and two detected electrodes around the tip, and the mass is driven to be pulled-in to detected electrodes alternatively. The difference of the pull-in time from detected electrode 1 to 2 and 2 to 1 is proportional to the input acceleration. As the pull-in time signal can be detected by digital circuit, no analog circuit is needed. The system can be scaled down further since it has no limit of pull-in and parasitical capacitance effect. Accelerometer based on surface process is designed, which has a 0.03 mm^2 die area. Simulation results show that when driven voltage is 8 V and input acceleration is 1 gn, the difference of the pull-in time is 1. 055 4μs. As 10 ns resolution for TTL circuit is possible, a 0. 01 gn resolution can be obtained, while the full scale is ±10 gn and the nonlinearity is 1.23%.

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期刊信息
  • 《传感技术学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:国家教育部
  • 主办单位:东南大学 中国微米纳米技术学会
  • 主编:黄庆安
  • 地址:南京市四牌楼2号
  • 邮编:210096
  • 邮箱:dzcg-bjb@163.com
  • 电话:025-83794925
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-1699
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1322/TN
  • 邮发代号:28-366
  • 获奖情况:
  • 2011-2012年获中国科技论文在线优秀期刊一等奖,2012年获第四届中国高校优秀科技期刊奖,2011年获中国精品科技期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:18030