MEMS地震检波器测试方法研究

摘要

MEMS加速度计传感器作为现代微型惯性测量设备中的关键器件，以其体积小、重量轻、成本低、功耗低、与集成电路工艺兼容等优势被广泛应用在汽车、医疗、航空、军事国防等多个领域。因此，MEMS加速度计具有非常重要的研究意义和价值。 本文根据加速度计的基本原理，提出了如何测试MEMS地震检波器，对MEMS电容式加速度计结构和读出电路进行了详细的阐述，分析了阻尼系数、弹性梁刚度系数理论计算模型，介绍了微小电容检测的方法，在此基础上提出了一种以开关电容放大器为基础的读出电路的具体结构，并分析了机械噪声和电路噪声。 本文对测试方法及内容进行了设计研究。通过采集系统完成了数字检波器噪音、抗干扰、震动台测试及数字检波器特性的测试，研究MEMS检波器动态参数及测试方法，通过对地震勘探MEMS检波器进行动态性能分析，介绍频率范围、失真度系数、动态范围的测试方法，实际的测量结果证明了测试方法的正确性和可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 地震检波器背景

1．2 地震检波器研究目的

1．3 地震检波器国内外现状

1．4 论文研究内容及结构安捧

第二章 MEMS加速度计的理论基础

2．1 MEMS速度计的基本原理

2．2 MEMS加速度计传感器的分类

2．3 MEMS加速度计加工工艺

2．3．1 体硅工艺

2．3．2 表面硅工艺

2．3．3 SOI工艺

2．4 MEMS加速度计的工作模式

2．4．1 开环方式

2．4．2 闭环方式

2．5 数字检波器与传统检波器的比较

2．5．1 单个MEMS数字检波器与动圈式检波器比较

2．5．2 单个MEMS检波器与动圈式检波器组合比较

2．6 动圈检波器的改进

2．7 小结

第三章 MEMS电容式加速度计结构与性能指标

3．1 MEMS电容式加速度计的基本原理

3．2 MEMS微加速度计的结构模型

3．3 MEMS微加速度计主要性能指标的设计和控制

3．3．1 气体阻尼

3．3．2 机械噪声

3．3．3 刚度系数

3．3．4 阻尼因子的控制

3．3．5 灵敏度的控制

3．4 小结

第四章 微小电容信号的检测方法

4．1 微小电容信号的检测方法

4．1．1 电容-频率(C-f)

4．1．2 开关电容法

4．1．3 电容电桥法

4．1．4 电荷放大法

4．2 信号检测电路的基本要求及实现方案

4．3 微电容检测方法

4．4 MEMS加速度计读出电路的总体分析

4．5 读出电路的噪声分析

4．6 本章小结

第五章 测试方法

5．1 频率范围

5．2 数字检波器振动台测试

5．2．1 单频振动

5．2．2 脉冲响应

5．2．3 Chirp信号响应

5．2．4 检波器频率特性

5．3 数字检波器与模拟检波器室内振动对比

5．3．1 失真度

5．3．2 动态范围

5．4 结束语

第六章 总结

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文