基于静电修调的准零刚度微加速度计漂移机理与抑制方法研究
批准号:
62104211
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
马志鹏
依托单位:
学科分类:
微纳机电器件与控制系统
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
马志鹏
中文摘要
“零”刚度加速度计作为理想加速度计,具有极高的加速度检测灵敏度和精度。基于微机电加工和静电修调技术的准零刚度微加速度计是最具发展潜力的“零”刚度加速度计类型之一。为了满足多种应用对高精度高稳定微加速度计的日益增长需求,本课题基于前期提出的静电修调方法和研制的准零刚度微加速度计,继续开展关于静电修调准零刚度微加速度计漂移机理的基础研究,并提出抑制加速度计敏感元件漂移的创新性方法,从而进一步提升加速度计精度和稳定性。具体内容包含:(1)发展新型线性静电刚度修调设计理论,提高刚度修调的线性度与精度,(2)建立机电热耦合力学模型,研究温度与电荷漂移机理以及主导因素和漂移路径,(3)提出基于刚度与标度因数自校准/自补偿的漂移抑制方法,提升对加速度计漂移抑制精度。本课题不仅可以深化该类加速度计关键理论研究,而且为该类高精度高稳定加速度计的实用化奠定基础。
英文摘要
Accelerometers with “zero” stiffness have the ideal form that enables a high sensitivity and accuracy measurement of acceleration. The micromachined accelerometers with electrostatically tuned quasi-zero stiffness are one of the most promising types of “zero” stiffness accelerometers. To fulfil the increasing demand for the micromachined accelerometers with high accuracy and high stability, based on the previous study of the novel electrostatic tuning method and the developed micromachined accelerometers with electrostatically tuned quasi-zero stiffness by the applicant, this project continues the research of the drift mechanisms and the drift suppression methods in order to improve the accuracy and stability of the accelerometers. The project is carried out through (1) the development of the novel linear electrostatic tuning design theory for the improvement of the stiffness tuning linearity and accuracy, (2) the mechanical-electro-thermal coupling modeling for the analysis of the temperature drift and charge drift mechanisms including the dominant cause and the drift path, and (3) the establishment of the drift suppression method based on the self-calibration and self-compensation of both the stiffness and scale factor for the improvement of drift suppression accuracy. This project will not only intensify the researches on fundamental theories of this type of micromachined accelerometers but also construct the essential foundation of the practical applications.
“零”刚度加速度计作为理想加速度计,具有极高的加速度检测灵敏度和精度。例如静电悬浮加速度计一直以来是国内外重点研究方向之一,目前仍然是只有少数国家掌握核心技术之一。得益于微机电技术的高精度和规模化制造优势,已有少数MEMS静电悬浮加速度计出现,但精度性能并不理想,目前成为国内外惯性领域研究的瓶颈之一。基于微机电加工和静电修调技术的准零刚度微加速度计是最具发展潜力的“零”刚度加速度计类型之一。而该类加速度计精度和稳定性的进一步提升受到了机电热稳定性问题的制约。迫切需要开展关于该类加速度计漂移机理的基础研究,并提出抑制加速度计漂移的创新性方法,从而引领该类加速度计研究方向并拓展其科学前沿。.本项目以基于微机电加工和静电修调技术的准零刚度微加速度计为研究对象,重点开展温漂机理与抑制方法研究。本项目完成了基于单边平行板和双边平行板的两种不同静电修调结构的MEMS加速度计结构设计,分别采用传统SOG工艺和改进SOG工艺完成两种器件加工,通过设计与制作基于FPGA的检测与控制电路,构建了MEMS加速度计平台系统;为了研究温漂机理并建立温漂模型,本项目采用实验方法对器件机械部分与电路部分的温漂特性进行测试,结合数字控制系统建立了静电修调MEMS加速度计准确温漂模型,基于温漂模型揭示出该类加速度计温漂主导项为机械温漂项和读出电路温漂项及其传导机理;基于温漂传导机理,提出基于刚度闭环和参考位置自居中闭环的自校准/自补偿的温漂抑制方法,构建了包含刚度、自居中和力平衡的三闭环控制系统,实现了静电修调加速度计的温漂抑制,不仅提升了静电修调MEMS加速度计的温漂抑制精度,同时提高了该类加速度计的稳定性;基于双边平行板电容的MEMS加速度计样机性能测试结果表明,温度漂移系数降低2个数量级,达到7 μg/°C,零偏不稳定性达到亚μg;通过对准零刚度微加速度计关键理论研究,为该类高精度微加速度计实用化奠定基础。
零刚度MEMS加速度敏感元件及其高精度三轴加速度传感技术研究
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批准号:62374145
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.00万元
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批准年份:2023
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负责人:马志鹏
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依托单位:
敲除tardbp导致同源基因tardbpl可变性剪接的机制研究
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批准号:--
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:马志鹏
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依托单位:
全对称MEMS谐振环式陀螺仪的结构优化设计与补偿方法
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批准号:LQ19F040011
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2018
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负责人:马志鹏
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依托单位:
国内基金
海外基金