一种微机械电场传感器的驱动控制分析与数值仿真.pdfVIP

第26卷 第4期 传 感 技 术 学 报 Vo1．26 No．4 2013年 4月 CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORS Apr．2013 Closed-LoopControlMethodforanElectricFieldMicro-SensorOperatedinAir LIUHeng， ，MENGRuili，SUNDongfiao (1．SchoolofElectronicinformationEngineering，NanjingUniversityofinformationScience＆technology，Nanjing210044，China 2．JiangsuKeyLaboratoryofMeteorologicalObservationandInformationProcessing，Nanjing210044，China) Abstract：Becauseofthe accumulatechargeon thesurface ofmetalcap fortheelectricfield micro-sensorwith vacuum package，amethodmakinguseofthevibrationvelocitysignalanddifferentialcombsisproposedtoimprove theequivalentQfactor．Fortheobstacleofhighordernonlinearityofthesystem，wehadtoemploytheaveraging methodforanalyzingthesystem stabilityandstablevibrationamplitude．Theoryandsimulationresultsshowthatthe methodisfeasibility．ThelargerthereferencedDCvoltage andthesmallerequivalentQ1，theshorterthe oscillationstartingtimeand largerstablevibration amplitudeare．The smallerthetime constantvaluerismore beneficialtorestrainover—swingofthevibrationamplitude． Keywords：electricfieldmiero—sensor；self-oscillation；Q—factor；averagingmethod EEACC：7630 doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2013．04．014 一 种微机械电场传感器的驱动控制分析与数值仿真木 刘 恒 ，孟瑞丽 ，孙冬娇 (1．南京信息工程大学电子与信息工程学院，南京 210044；2．江苏省气象探测与信息处理重点实验室，南京 210044) 摘 要 ：针对微机械电场传感器高真空金属封装中存在的电荷累积问题，根据传感器的静电驱动力原理，提出了利用屏蔽层 活动结构的振动速度反馈信号结合差分梳齿来调节品质因数的方法。鉴于系统的高阶非线性 ，利用平均周期法分析了常压 封装下 自激驱动系统的起振条件和稳态振幅。理论和仿真分析表明，该方法是可行 的。直流参考 电压 越大，反馈等效品 质因数 Q 越小，稳态振幅越大，起振稳定时间越短。时间常数 r越小 ，越利于抑制幅度的过冲。 关键词 ：电场传感器；自激振荡；品质因数；平均周期法 中图分类号：TN911．71 文献标识码 ：A 文章编号：1004—1699(2013)04—0509—07 微机械谐振式传感器是通过频率来敏感外部非 数必须达到500以上才可以自振起来，而很多设计 电量信息，敏感元件将外部非电量通过相关效应转 的微机械传感器在常压下的品质因数 由于各种阻尼 换为敏感元件的机械刚度或质量的变化。为了提高 的存在 ，品质因数很小，很难达到 500，所 以目前微 驱动能量的利用效率和改善信号的检测难度，总是