检索结果-南通市图书馆

作者：何程鹄上海交通大学

学位级别：硕士

本课题研究主要针对压电型的微固体模态陀螺的高阶振动模态仿真研究成果,制作用于微弱信号检测的电路,并针对信号产生过程中的噪声进行降噪技术研究。该陀螺通过ANSYS建立模型分析并验证了测量角速度的原理,利用PZT压电陶瓷制作了实验... 详细信息

本课题研究主要针对压电型的微固体模态陀螺的高阶振动模态仿真研究成果,制作用于微弱信号检测的电路,并针对信号产生过程中的噪声进行降噪技术研究。该陀螺通过ANSYS建立模型分析并验证了测量角速度的原理,利用PZT压电陶瓷制作了实验样品。在当前的研究背景下,本文通过对陀螺检测方式的论证,对噪声的产生原因进行分析,通过电路仿真进行验证,尝试解决了该类型陀螺的微弱信号检测和可行的降噪方法。根据陀螺特点,分析了进行检测的陀螺信号特点和检测电路的工作原理,总结了电路检测理论,对特定电路的实现方式进行了介绍。提出了针对压电型微固体模态陀螺的低噪声电路方案,分析了电路中存在的噪声类型,结合实际应用对噪声的处理进行了理论研究,设定了低噪声放大器在检测过程中的应用方式。同时也介绍了该类型陀螺的实验电路制作过程,提出了电路需要应对的电路板层数选择方案和布局中的噪声因素,分析了如何利用布局优化提升电路性能,论证了优化电路前后的性能区别,并介绍了已经投入实际应用的电路布局方式。记录了研究中的实验过程,分为对各电路功能模块的验证实验和对陀螺工作运行状态的实验,证明了系统实验结果达到设计目的。通过本文的研究工作,确定了压电型微固体模态陀螺的研究方法。本文的研究内容对于今后的同类型陀螺的研究设计工作具有参考作用。

关键词：压电微陀螺信号噪声

微固体模态陀螺的数据采集存储及处理系统的研究

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微固体模态陀螺的数据采集存储及处理系统的研究

作者：周晓玲上海交通大学

学位级别：硕士

压电型微固体模态陀螺利用压电体的特殊振动模态来工作,它是一种不同于微振动陀螺的全固态微陀螺。该陀螺基于科氏力效应原理,通过检测感应电极上的感应电荷的变化量来实现对旋转角速度的检测。本课题研究主要基于对压电型微固体模态... 详细信息

压电型微固体模态陀螺利用压电体的特殊振动模态来工作,它是一种不同于微振动陀螺的全固态微陀螺。该陀螺基于科氏力效应原理,通过检测感应电极上的感应电荷的变化量来实现对旋转角速度的检测。本课题研究主要基于对压电型微固体模态陀螺的高阶振动模态仿真的研究成果以及对模拟检测电路性能分析的结果。根据陀螺信号的特点,设计并实现了陀螺信号的数据采集及存储系统。本文认真分析了陀螺的工作特点以及信号特征,根据系统的性能需求,设计了适合陀螺系统的数据采集与存储系统,该系统采用TMS320F2812 DSP作为控制平台,采用16位AD转换芯片AD7656以及128M×8Bit的外扩FLASH芯片K9F1G08UOB实现高精度大容量存储性能。主要完成了硬件电路的设计和PCB电路板的制作,以及软件控制程序的编写,实现了陀螺解调信号的数字化。之后在TMS320F2812的开发平台下,通过MATLAB软件结合CCS编译软件,实现了自适应数字滤波器的设计,主要对滤波器的整体设计思路以及设计方法进行了介绍,为后续的数据处理的研究提供了一种思路。为陀螺信号的数字化处理做了进一步的尝试与研究。本文对数据采集与存储系统以及自适应滤波器的性能都进行了验证, 通过本课题的研究,使压电型微固体模态陀螺的系统研究更进一步,确定了系统的可行性。本文也将为后续的该陀螺的研究人员提供研究资料,同时本文的研究内容对于今后的同类型陀螺的研究设计工作也具有参考作用。

关键词：压电微陀螺数据采集数据存储数字滤波

压电微固体模态陀螺等效电路负载效应及AGC电路优化仿真研究

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压电微固体模态陀螺等效电路负载效应及AGC电路优化仿真研究

作者：赵聪上海交通大学

学位级别：硕士

本文的研究对象压电式微固体模态陀螺仪（Piezoelectric Micromachined Modal Gyroscope,PMMG）是一种敏感角速度的压电微传感器。因为具备特殊的材料和特别的结构,并结合了MEMS陀螺和固态陀螺的各自优点,PMMG因此拥有较高的抗冲击性和... 详细信息

本文的研究对象压电式微固体模态陀螺仪（Piezoelectric Micromachined Modal Gyroscope,PMMG）是一种敏感角速度的压电微传感器。因为具备特殊的材料和特别的结构,并结合了MEMS陀螺和固态陀螺的各自优点,PMMG因此拥有较高的抗冲击性和抗震性等优势。随着MEMS工艺技术的快速发展,惯性微陀螺的尺寸和精度得到进一步的优化,也因此越来越受到人们的关注。作为微型传感器的核心部件,目前在除了对于压电固态陀螺仪进行微型化的研究之外,压电式谐振器机械负载效应的研究已经广泛开展。以压电谐振器为核心部件的传感器输出电极大多和电荷放大器连接,而电学负载对于压电谐振器电路的功能特性影响还鲜有报道。本文采用串联电阻的方法,解决了传统的阻抗分析仪很难满足压电微固体模态陀螺电路谐振激励条件的困难,研究了一种具有特殊电压激励方式的压电式微固体模态谐振器等效电路及其负载效应。通过绘制压电谐振器的导纳圆图分析并获得谐振频率相近振动状态的等效电路参数。最后,比较有无电荷放大器作为负载接入压电微陀螺的实验结果,发现带有电荷放大器的压电微陀螺电路谐振频率从346.119 kHz降低至344.979 kHz。由此得出结论:如果电荷放大器作用于压电谐振器负载端,应该关注其对谐振器电路参数,特别是对谐振频率的影响。驱动电路是保证压电微固态陀螺能够正常振动的前提,通过对幅值和频率的捕捉来保证微陀螺工作在谐振状态。自动增益控制（Automatic gain control,AGC）系统常被用作微陀螺的驱动系统,负责稳定激励信号电压幅值。本文基于Multisim13.0软件对AGC部分电路进行了仿真优化,改善了稳定幅值和开环负反馈的效果,从而完善了微陀螺驱动系统的稳定性。

关键词：微陀螺等效电路负载效应导纳圆 AGC电路

MEMS振动式微陀螺数字化驱动电路及其振动特性实验研究

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MEMS振动式微陀螺数字化驱动电路及其振动特性实验研究

作者：王振瑜上海交通大学

学位级别：硕士

随着微机电系统(MEMS)技术的进步,惯性传感器件得到了极大的发展,成为应用最广泛的微机电器件之一。MEMS振动式微陀螺是其中一种主流类型的惯性传感器。这种微陀螺能够测量系统加速度,并进一步计算其速度和位移,实现物体的精确定位,被... 详细信息

随着微机电系统(MEMS)技术的进步,惯性传感器件得到了极大的发展,成为应用最广泛的微机电器件之一。MEMS振动式微陀螺是其中一种主流类型的惯性传感器。这种微陀螺能够测量系统加速度,并进一步计算其速度和位移,实现物体的精确定位,被广泛用于航天、军工和消费电子等领域。MEMS振动式微陀螺工作时处于某种模态的共振状态,所以高效获取高品质的工作共振模态是提高性能的主要途径。因此,驱动信号频率分辨率要高,以保证能准确找到谐振频率点;信号幅值要稳定及可调,以保证微陀螺产生足够的振动幅值。本论文对MEMS振动式微陀螺的驱动方式和原理进行了研究和说明,以PZT压电式振动微陀螺为研究对象,设计了符合微陀螺驱动的驱动电路,结合现场可编程门阵列(FPGA)嵌入式系统对驱动电路进行数字控制,分别采用直接数字合成技术(DDS)和自动增益控制技术(AGC)实现输出信号频率和幅值的精确可调。本文根据MEMS振动式微陀螺的工作原理,通过FPGA对DDS进行数字信号控制,使DDS产生微陀螺驱动信号,通过FPGA改变DDS的频率控制字,信号频率控制精度可以达到0.1Hz。通过AGC可以控制驱动信号的幅值,增益倍数可达0.1,幅值控制精度0.01V。FPGA控制数模转换DAC模块的输出来控制AGC的增益控制电压,从而控制驱动信号的幅值。精确可调的驱动信号传递到微陀螺驱动电极上,会激励出微陀螺某种振动模态,微陀螺的感应电极会产生感应电荷,将产生的感应电荷通过电荷放大器进行放大,可以观察到微陀螺的振动情况。基于本文设计实现的MEMS振动式微陀螺驱动电路,对微陀螺进行了实验研究,得到微陀螺驱动信号对微陀螺振动品质因子、线性度的影响规律。本文通过实验,就微陀螺的共振频率点、品质因子及线性度等方面进行了研究分析。在单边驱动实验中,微陀螺的共振频率点在335-336kHz之间;在双边驱动实验中,微陀螺的共振频率点在331-332kHz之间,根据驱动信号的不同而发生变化。根据实验结果,微陀螺的共振频率点随驱动信号幅值增加而降低,降幅为100Hz。驱动信号幅值与微陀螺感应电荷大小呈线性关系。微陀螺的品质因子随驱动电压增加而发生先递减后递增的规律。本文根据对MEMS振动式微陀螺的驱动电路研究,得到了针对微陀螺的优化的驱动方案,研究的结果为微陀螺工作振动模态的正确激励提供理论参考。

关键词： MEMS振动式微陀螺驱动电路现场可编程门阵列直接数字合成自动增益控制振动特性

基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的设计与制备探究

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基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的设计与制备探究

作者：朱甲强上海交通大学

学位级别：硕士

本文提出了一种新型的基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的结构设计和制作方法。该种陀螺采用MEMS微加工工艺制作而成。首先,采用湿法腐蚀工艺腐蚀肖特BF33玻璃制作基底;其次,通过阳极键合工艺将所制作的玻璃基底与单晶硅片键合在一起... 详细信息

本文提出了一种新型的基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的结构设计和制作方法。该种陀螺采用MEMS微加工工艺制作而成。首先,采用湿法腐蚀工艺腐蚀肖特BF33玻璃制作基底;其次,通过阳极键合工艺将所制作的玻璃基底与单晶硅片键合在一起;然后,对键合后的单晶硅片进行深反应离子刻蚀,以同时形成圆盘多环谐振器和电极;最后,进行切片和清洗,得到单个该种陀螺实验样品。本文对微圆盘多环谐振陀螺的发展进程、结构特点、工作原理、方案设计、工艺实施以及测试方法等,都进行了详细的分析和说明。在方案设计中,讨论了该种陀螺的结构尺寸、材料选取和加工工艺等,并进行了可行性分析;在工艺实施时,给出了具体的工艺设计流程,并进行了实际加工,还对实验过程中遇到的问题进行了分析和解决;在测试方法中,主要介绍了如何测量硅微圆盘多环谐振陀螺的谐振频率和振动位移等。通过对实验制备的硅微圆盘多环谐振陀螺进行初步分析可知,所制备的硅微圆盘多环谐振陀螺在制作结构上达到了预期结果。不过,后期仍然需要对实验进行优化以实现更好的性能。目前所做的实验工作将为今后制备相应的微圆盘多环谐振陀螺奠定一定的实验基础。

关键词：圆盘多环谐振陀螺阳极键合 MEMS 微加工工艺

基于FPGA的压电微固体模态陀螺数字化检测技术研究

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基于FPGA的压电微固体模态陀螺数字化检测技术研究

作者：李国斌上海交通大学

学位级别：硕士

压电微固体模态陀螺仪是一种利用压电质量块的某高阶共振模态作为参考振动,以压电材料的逆压电效应作为驱动机理,正压电效应和科氏效应作为检测机理的全固态角速度传感器。该种陀螺抗冲击、抗震动能力强,不需要真空封装,应用前景广泛。... 详细信息

压电微固体模态陀螺仪是一种利用压电质量块的某高阶共振模态作为参考振动,以压电材料的逆压电效应作为驱动机理,正压电效应和科氏效应作为检测机理的全固态角速度传感器。该种陀螺抗冲击、抗震动能力强,不需要真空封装,应用前景广泛。驱动和检测是陀螺工作的两个重要方面。基于压电微固体模态陀螺的基本原理,本文对陀螺的闭环驱动电路做出优化改进,主要是带通滤波器及单端转差分放大电路。对整个驱动电路PCB板亦做了重新设计,目的是保障陀螺工作在幅值恒定、频率稳定的条件下。针对压电微固体模态陀螺的信号采集与算法要求,首先通过Matlab构建陀螺共振条件下输出信号的模型,并验证了检测算法的正确性,将得到的结果用于FPGA程序设计。本文研究中设计了一套基于FPGA的兼具高精度、高采样频率的陀螺数字检测系统。介绍了该系统的原理与实现方法,主要包括硬件电路的设计、AD采样时序的控制、FPGA数字信号处理、RS-232通信协议的实现等。用Modelsim软件仿真了整个检测系统。FPGA主控芯片选择Xilinx公司Spartan-6系列的XC6SLX25,ADC选择ADI公司的AD7960芯片（18bit,5MSPS）。经试验验证,制作的样机可以同时采集三路输出信号,并实时处理传给上位机显示与存储。测得陀螺的共振频率稳定在349.89kHz,上下波动范围8Hz,参考端输出电压峰峰值的均方差为0.004V。检测系统稳定,具有较高精度。研究的数字化检测系统能很好地应用于MEMS微陀螺检测信号的处理,提高MEMS微陀螺的稳定性和抗干扰性。

关键词：压电陀螺 FPGA 数字检测 FIR滤波高精度

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MEMS微陀螺谐振频率跟踪锁定技术的研究

MEMS微陀螺谐振频率跟踪锁定技术的研究

作者：曾小润上海交通大学

学位级别：硕士

MEMS微陀螺是一种角速度传感器。本文研究的压电式微固体模态陀螺是一种特殊的振动式MEMS微陀螺,它具有工作频率高(300KHz量级),抗冲击能力强等特性。压电式微固体模态陀螺的核心部件为压电振子,振子在交变电压的激励下,传感电极感应出... 详细信息

MEMS微陀螺是一种角速度传感器。本文研究的压电式微固体模态陀螺是一种特殊的振动式MEMS微陀螺,它具有工作频率高(300KHz量级),抗冲击能力强等特性。压电式微固体模态陀螺的核心部件为压电振子,振子在交变电压的激励下,传感电极感应出电荷。感应电荷的幅值以及与激励电压的相位差都会随着激励电压的频率而改变。在陀螺的某阶振动模态下,感应电荷的幅值达到最大值,此时对应的频率为陀螺振子的谐振频率。为了使陀螺的工作性能达到最优,需要使其稳定工作在谐振频率点。而谐振频率会受到环境因素的影响而产生漂移,因此需要对振子的谐振频率进行跟踪锁定。在谐振点附近时,感应电荷的幅值对驱动频率变化不敏感,而相位对驱动频率变化十分敏感。基于该特性,本文设计了一种基于相位锁定的MEMS微陀螺的高性能谐振频率跟踪锁定电路。电路采用直接数字合成技术(DDS)芯片作为信号发生器,由现场可编程门阵列(FPGA)对其进行数字信号控制,使DDS输出频率可调的驱动信号,给陀螺提供激励电压,使陀螺产生感应电荷,同时产生两路用于矢量分析模块的正交解调参考信号。感应电荷经过电荷放大模块转化为电压量,与正交解调信号同时经过模数转换(ADC)输入到FPGA,在FPGA内部通过矢量分析技术对感应信号进行幅值和相位解调。通过DDS扫频对陀螺的振动特性进行分析,测出陀螺的谐振频率在331.8532.15kHz范围内,找出谐振点感应信号与驱动信号的相位差大小作为参考值。在陀螺工作过程中,FPGA对感应信号实时进行矢量分析,将感应信号的相位信息与参考值进行对比,控制DDS改变激励电压的频率大小,使相位向参考范围收敛,最终锁定在参考值范围内,对应的激励电压频率即为陀螺的谐振频率。本文通过实验,设定相位差锁定在98.48°和100.27°之间时,可以控制驱动信号频率处在最佳谐振点范围内。实际测量结果将相位锁定在99.0°到99.9°之间,DDS输出驱动信号的变化步长为10Hz,跟踪到的陀螺谐振频率在332.06832.089kHz之间。本文设计的压电式微固体模态陀螺的闭环控制电路实现了谐振频率跟踪和锁定的功能,并做到了全数字化控制,该系统可用于以谐振器为核心器件的振子工作模态锁定与跟踪。

关键词： MEMS微陀螺谐振频率跟踪现场可编程门阵列直接数字合成技术矢量分析

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定子嵌入式电磁悬浮微马达的关键技术研究

定子嵌入式电磁悬浮微马达的关键技术研究

作者：邓腾上海交通大学

学位级别：硕士

定子嵌入式电磁悬浮微马达是种电磁悬浮转子式微陀螺的核心部件,是种新型结构的电磁悬浮转子式微马达,由个盒式转子和个双面定子构成。由于利用经典的电磁悬浮原理和异步电机驱动原理作为其稳定悬浮和高速旋转的驱动方式,因此,定子嵌入... 详细信息

定子嵌入式电磁悬浮微马达是种电磁悬浮转子式微陀螺的核心部件,是种新型结构的电磁悬浮转子式微马达,由个盒式转子和个双面定子构成。由于利用经典的电磁悬浮原理和异步电机驱动原理作为其稳定悬浮和高速旋转的驱动方式,因此,定子嵌入式电磁悬浮微马达不仅可以消除振动式MEMS微陀螺存在的频率调谐困难和正交耦合误差等问题,而且具有高精度（惯性导航级）的潜在优点。微马达具有高精度、高集成度和低成本这些核心优势,使得定子嵌入式电磁悬浮微马达在对体积和性能有严格要求的空天场合应用方面具有独特的研发优势和应用价值。本论文以设计定子嵌入式电磁悬浮微马达的结构、搭建微马达的稳定悬浮电路和旋转驱动电路为目标,对定子嵌入式电磁悬浮微马达的静态悬浮特性和动态旋转特性进行了仿真分析,研制了微马达稳定悬浮和高速旋转所需的信号发生器系统,并使用微细加工技术制作了盒式转子和双面定子,为进步实现定子嵌入式电磁悬浮微陀螺仪打下了技术基础。本文的主要研究内容和成果如下: 首先介绍了定子嵌入式电磁悬浮微马达的结构,使用仿真软件进行建模仿真分析,获取适合驱动微转子稳定悬浮和旋转的电流信号参数。其次,根据电流信号参数,研制了能够提供路10MHz正弦波悬浮稳定电流信号以及两路2MHz正弦波旋转驱动电流信号的信号发生器;并搭建了相应的悬浮稳定电路和旋转驱动电路。最后,针对微马达的双面定子和盒式转子进行微细加工,引入引线埋层技术、双面对准技术和聚酰亚胺绝缘层工艺来优化双面定子的微细加工,盒式转子的制作同样是采用微细加工制作。定子嵌入式电磁悬浮微马达具有以下主要优点和创新点: （1）采用了定子嵌入式的结构,能有效地提高微转子的悬浮稳定刚度、侧向稳定刚度和微转子转速;（2）使用新的仿真软件infolytica对微转子旋转特性进行了仿真分析;（3）在双面定子加工中引入了多线圈分离结构、引线埋层技术和聚酰亚胺绝缘层;（4）设计了专门的信号发生器系统,通过软件控制变更输出信号的频率和相位差,而不用更换硬件电路。

关键词：电磁悬浮定子嵌入微细加工聚酰亚胺 DDS DSP

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金属结构多环振动盘微陀螺的仿真及微细加工

金属结构多环振动盘微陀螺的仿真及微细加工

作者：李栋上海交通大学

学位级别：硕士

陀螺仪是一种用来检测物体旋转量的惯性传感器。自最早的转动式陀螺发展至今,MEMS振动式陀螺以其体积小、质量轻、成本低和功耗低等优点,被广泛用于航天、军工和消费电子等领域。多环振动盘式微陀螺由于其良好的对称性以及平面化的结构... 详细信息

陀螺仪是一种用来检测物体旋转量的惯性传感器。自最早的转动式陀螺发展至今,MEMS振动式陀螺以其体积小、质量轻、成本低和功耗低等优点,被广泛用于航天、军工和消费电子等领域。多环振动盘式微陀螺由于其良好的对称性以及平面化的结构,在近年来取得了较大的研究突破,并获得了广泛关注。本论文对多环振动盘微陀螺的基本结构以及工作原理进行了研究和说明,提出了金属结构的多环振动盘微陀螺。本文对金属结构多环振动盘微陀螺在玻璃基片上制作的关键技术进行了研究,设计并实现了在低温环境下低成本加工镍结构多环振动盘微陀螺的加工工艺。本文在现有多环振动盘式微陀螺的研究基础上,设计了金属结构多环振动盘微陀螺,并且运用有限元方法对金属振子的振动特性进行了动力学仿真分析,验证了金属多环振动盘微陀螺的可行性。然后设计了镍结构多环振动盘微陀螺的加工工艺以及掩模版,运用了电镀等微加工工艺制作金属振子结构及牺牲层,成功制得镍结构多环振动盘微陀螺。本文研究的金属结构MEMS微陀螺采用成本较低的电镀工艺制作,工艺温度低。最后本文在LabVIEW开发环境下设计了金属结构多环振动盘微陀螺在力平衡工作模式下的闭环数字检测和控制电路。仿真结果以及陀螺芯片的加工过程验证了镍结构多环振动盘微陀螺和金属多环振动盘微陀螺的加工工艺等关键技术的可行性。

关键词：微陀螺金属振子多环结构加工工艺动力学仿真

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静态腔室PCR芯片的设计制造与实验研究

静态腔室PCR芯片的设计制造与实验研究

作者：骆健上海交通大学

学位级别：硕士

当下全球传染性疾病的频繁突发再次加强了人们对即时检测（Point Of Care，POC）的需求，以便于早期诊断和干预治疗。基于聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)的分子生物学手段在缩短检测时间、提高检测精度方面对POC有重... 详细信息

当下全球传染性疾病的频繁突发再次加强了人们对即时检测（Point Of Care，POC）的需求，以便于早期诊断和干预治疗。基于聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)的分子生物学手段在缩短检测时间、提高检测精度方面对POC有重大贡献，但昂贵的反应试剂和附带检测器材限制了此方法只能在实验室或专门的研究机构进行，大大阻碍了其临床和日常适用性。采用MEMS工艺加工微流控芯片使得PCR过程微小型化成为可能，附加成熟的实时荧光检测技术进而在一块生物芯片上完成微型全分析（μTAS）也是目前学术研究热点。本文研究的目的是通过优化结构设计、改进加工工艺制造出高效低廉、操作简单的实用型PCR芯片，结合集成式外围温度测控系统和实时荧光检测设备，实现便携一体化的PCR诊断平台。本文的主要研究内容和成果如下：1.优化已有的PCR芯片设计思路，其中包括材料的选择、总体布局和各部分结构参数的设置;改进PCR芯片的制作工艺，包含掩膜版、PDMS盖片、玻璃基底和封合成型;制成12×12mm2的正方形三层结构静态腔室PCR芯片，结构紧凑、进样方便。2.设计温度测控系统，结合制备的PCR芯片搭建PCR反应平台。其中温度测控系统包括硬件控制电路和软件采集控温程序，硬件控制电路由电源及信号放大模块、温度采集模块、芯片升温降温模块构成，并制作成为PCB;软件部分用LabVIEW编写成项目，包含温度转换、温度预设、PID控制等子程序;连接芯片并注水后测试控温效果，满足PCR对温度的要求。3.基于实验观察研究了PCR失败原因和气泡产生机理，在此基础上摸索出连续进样、低压除泡、封合等一系列PCR前处理工序，经验证很好的抑制了气泡的产生。择优选择了注射器连续进样方式，而后在静态腔室PCR芯片上成功地扩增了水母GFP基因，与传统PCR仪对比分析电泳结果。4.分析目前分离式终点检测扩增产物的缺陷与实时荧光检测的需求，提出与静态腔室PCR芯片相匹配的实时荧光检测具体方案。

关键词：即时检测静态腔室PCR芯片 LabVIEW 气泡实时荧光检测