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基于超短脉冲激光刻蚀的双解耦MEMS陀螺仪调频技术研究

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传感器与微系统 2024年第7期43卷 39-42页

作者：刘玉县侯帅康赵前程崔健张大成北京大学集成电路学院北京100871 郑州大学电气与信息工程学院河南郑州450001

以双解耦双质量硅微陀螺仪为主要研究对象,从微观结构入手,分析其工作原理和双解耦运动模型,并提出影响模态特征频率的因素。提出一种改变陀螺仪弹性梁结构厚度来调整其特征频率的方法,建立模型通过Comsol软件仿真陀螺仪梁厚度变化对特... 详细信息

以双解耦双质量硅微陀螺仪为主要研究对象,从微观结构入手,分析其工作原理和双解耦运动模型,并提出影响模态特征频率的因素。提出一种改变陀螺仪弹性梁结构厚度来调整其特征频率的方法,建立模型通过Comsol软件仿真陀螺仪梁厚度变化对特征频率的影响关系,并选择皮秒激光刻蚀系统刻蚀陀螺弹性梁厚度,测试其两模态特征频率。测试结果表明:对应频率变化符合理论推导和仿真趋势。

关键词：微机械陀螺结构解耦频率调节短脉冲激光

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基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法

激光技术 2023年第2期47卷 273-279页

作者：蔡旭明李笑刘玉县何春华林俊杰广东工业大学机电工程学院广州510006 北京大学微纳电子学研究院北京100871 广东工业大学计算机学院广州510006

为了提高半导体激光加工中激光光斑中心定位精度,根据皮秒超短脉冲激光辐照单晶硅后产生的光斑图像灰度分布特点,提出了一种基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法,通过模拟激光光斑仿真分析和单晶硅刻蚀实验,对比研究了不同辐照时间与... 详细信息

为了提高半导体激光加工中激光光斑中心定位精度,根据皮秒超短脉冲激光辐照单晶硅后产生的光斑图像灰度分布特点,提出了一种基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法,通过模拟激光光斑仿真分析和单晶硅刻蚀实验,对比研究了不同辐照时间与不同激光功率条件下该算法与传统算法的定位精度。结果表明,在辐照时间不同的条件下,该算法定位精度达到0.761μm,比灰度重心法提高51.3%,比最大行列灰度值法提高93.9%;在激光功率不同条件下,该算法的定位精度达到0.793μm,比灰度重心法提高73.4%,比最大行列灰度值法提高86.8%。此研究可为皮秒超短脉冲激光光斑中心定位控制系统的设计提供指导。

关键词：图像处理中心定位灰度直方图激光光斑阈值分割

基于LoRa通信的物联网太阳能路灯控制系统设计与实现

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仪表技术 2023年第3期 1-4,68页

作者：陈婷林俊宇刘玉县广东佛山联创工程研究生院广东佛山528311 北京大学集成电路学院北京100871

传统路灯控制系统只能执行开关控制,无法实现对太阳能路灯的控制、定位及状态监控。为了实现对太阳能路灯的远程监测,设计开发了一种基于LoRa通信的物联网太阳能路灯控制系统。该系统实现了路灯终端100W的照明功率和单一集中器互联100... 详细信息

传统路灯控制系统只能执行开关控制,无法实现对太阳能路灯的控制、定位及状态监控。为了实现对太阳能路灯的远程监测,设计开发了一种基于LoRa通信的物联网太阳能路灯控制系统。该系统实现了路灯终端100W的照明功率和单一集中器互联100个终端,可对每个路灯终端的功率、电池状态、温度等信息进行实时采集,对城市照明系统进行在线控制和管理,具有一定的社会实用价值。

关键词：远距离无线电通信物联网太阳能路灯远程控制

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基于FPGA的LMS自适应滤波器设计

电子技术应用 2017年第9期43卷 111-113,118页

作者：陈明霞邹文斌刘玉县桂林理工大学机械与控制工程学院广西桂林541004 广东顺德创新设计研究院广东佛山528300

提出一种基于LMS(Least Mean Square)自适应算法的滤波方法,介绍该方法在低频信号滤波上的应用及在FPGA平台上实现。传统数字滤波器FIR、IIR滤波器针对不同的系统和干扰信号,其滤波参数不固定。因此,在窄带信号的滤波处理中,传统滤波器... 详细信息

提出一种基于LMS(Least Mean Square)自适应算法的滤波方法,介绍该方法在低频信号滤波上的应用及在FPGA平台上实现。传统数字滤波器FIR、IIR滤波器针对不同的系统和干扰信号,其滤波参数不固定。因此,在窄带信号的滤波处理中,传统滤波器对信号滤波降噪的效果往往受到衰减增益限制。提出的方法先以CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法产生的正弦信号来调制采样信号,根据采样信号与基准信号误差使其权向量沿负梯度方向终止于维纳解。该方法在类直流输入及带宽窄的情况下仍能有效过滤高频噪声,读取低检测信号幅值。理论分析和实验结果表明,与传统滤波方法对比,该滤波方法在处理窄带信号的滤波上更具有优势。

关键词： LMS 自适应数字滤波器 FPGA

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MEMS陀螺仪抗冲击设计技术

微纳电子技术 2019年第8期56卷 636-643页

作者：陈婷吴康雄刘玉县何春华长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410002 北京大学微电子研究院北京100871

为了提高微电子机械系统(MEMS)陀螺仪的抗冲击能力,设计了一种抗冲击保护结构。通过建立陀螺仪结构双自由度冲击模型,推导出陀螺仪结构和冲击保护结构的冲击响应方程,分别对陀螺仪和冲击保护结构进行详细的位移与加速度响应的理论推导... 详细信息

为了提高微电子机械系统(MEMS)陀螺仪的抗冲击能力,设计了一种抗冲击保护结构。通过建立陀螺仪结构双自由度冲击模型,推导出陀螺仪结构和冲击保护结构的冲击响应方程,分别对陀螺仪和冲击保护结构进行详细的位移与加速度响应的理论推导。根据理论推导在Matlab上对位移和加速度响应随影响因素的变化进行仿真分析,并对有无冲击保护结构的陀螺仪抗冲击能力进行对比分析。仿真分析表明增加冲击保护结构后陀螺仪的抗冲击能力至少提高了3倍,验证了设计的冲击保护结构的有效性。实验表明冲击频率越接近陀螺仪的固有频率,冲击响应越大,梁越容易发生断裂失效。

关键词：微电子机械系统(MEMS) 陀螺仪双自由度冲击模型抗冲击保护结构位移响应加速度响应

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一种基于改进卡尔曼滤波的姿态解算算法

科学技术与工程 2019年第24期19卷 416-422页

作者：王晓初李宾刘玉县郭帅良范耀华广东工业大学广东省计算机集成制造重点实验室广州510006 广东顺德创新设计研究院佛山528300

针对多传感器融合姿态解算精度不高的问题,提出一种改进的卡尔曼滤波算法,即高阶线性互补滤波与扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)相结合的融合算法。该数据的融合是基于加速度计、陀螺仪传感器频率特性和姿态角的微分方程建... 详细信息

针对多传感器融合姿态解算精度不高的问题,提出一种改进的卡尔曼滤波算法,即高阶线性互补滤波与扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)相结合的融合算法。该数据的融合是基于加速度计、陀螺仪传感器频率特性和姿态角的微分方程建立的系统模型,将互补滤波的姿态角数据作为该系统模型的观测值,利用EKF算法对加速度计、陀螺仪、磁力计进行数据融合。高阶的互补滤波和EKF的融合算法能够有效地解决陀螺方向的估计偏差,为了证明该算法的可行性,用搭载惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)模块的四旋翼飞行器进行了动态和静态的实验,分析对比了最新导航算法、经典卡滤波算法和该融合算法滤波的效果。实验结果表明:提出的高阶无源线性互补滤波和EKF相结合的融合算法,无论在静态还是动态的实时性情况下,都能很明显的去除噪声和抑制姿态角的漂移,且提高了姿态角的精度。

关键词：高阶互补卡尔曼融合算法姿态解算

MIMU中加速度计组离心机标定补偿技术研究

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传感器与微系统 2021年第10期40卷 36-39页

作者：张睿哲刘玉县何春华庄捷辉吴涛汕头大学工学院广东汕头515000 北京大学微电子学研究所北京100871

微惯性测量单元(MIMU)使用离心机标定时,内部加速度计组集成安装误差和MIMU安装误差,导致加速度计实际受到的离心加速度激励与设置不一致,引入输入误差,影响标定精度。基于减小输入误差定标的影响,提出一种消除加速度输入误差的标定分... 详细信息

微惯性测量单元(MIMU)使用离心机标定时,内部加速度计组集成安装误差和MIMU安装误差,导致加速度计实际受到的离心加速度激励与设置不一致,引入输入误差,影响标定精度。基于减小输入误差定标的影响,提出一种消除加速度输入误差的标定分析方法。基于离心机标定时MIMU中加速度计正反向输入状态下安装误差对称的关系,在误差模型方程中引入安装误差项,通过对两种状态下输入取代数平均,消除安装误差项。利用最小二乘法解得加速度计组误差模型系数,对加速度计组进行补偿。经试验验证:本文方法极大地提高了加速度计的精度,标度因数精度提高3.62%,交叉耦合从1.4%降低至0.16%,零偏从4.9 mgn降低至0.9 mgn。

关键词：微惯性测量单元(MIMU) 离心机加速度计输入误差标度因数交叉耦合零偏

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基于MPPT的3.2 V光伏控制系统设计

仪表技术 2019年第10期 1-5页

作者：林俊宇刘玉县广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院)

设计一个基于STM32F030单片机的3.2V光伏MPPT控制系统,该系统以双向同步整流的BUCK-BOOST电路拓扑结构为基础,结合MPPT理论及电池充电优化策略,实现3.2V光伏系统的MPPT充电及升压放电控制,实验证明该系统的可行性。

关键词：单片机同步整流 mppt buck boost

基于小波分析的MEMS陀螺仪信号降噪算法研究

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仪表技术 2020年第7期 4-8,46页

作者：周斌何春华刘玉县汕头大学广东汕头515041 广东顺德创新设计研究院广东佛山528311

MEMS陀螺仪由于制造工艺比较简单,故在性能上存在精度低、噪声高、误差大等问题。为了获得精确的陀螺仪信号,采用了小波阈值降噪法对MEMS陀螺仪的输出数据进行实时消噪处理。围绕选择最优小波基、最佳分解层数和阈值函数等方法对陀螺仪... 详细信息

MEMS陀螺仪由于制造工艺比较简单,故在性能上存在精度低、噪声高、误差大等问题。为了获得精确的陀螺仪信号,采用了小波阈值降噪法对MEMS陀螺仪的输出数据进行实时消噪处理。围绕选择最优小波基、最佳分解层数和阈值函数等方法对陀螺仪信号进行降噪,并通过MATLAB进行仿真分析。仿真结果表明,采用小波降噪误差减小了近73.95%,肯定了小波阈值去噪方法在MEMS陀螺仪噪声处理中的理想效果。

关键词： MEMS陀螺仪阈值降噪最优小波基最佳分解层数阈值函数