MEMS振动传感器信号检测电路设计与实现

陈伟琪, 肖定邦, 蒲金飞,2, 李 凯, 毛善国

(1.国防科技大学 智能科学学院,湖南 长沙 410073； 2.唐智科技湖南发展有限公司,湖南 长沙 410007；3.湖南天羿领航科技有限公司,湖南 长沙 410100)

0 引 言

工业过程状态监测常通过振动数据对机械的运行状态进行检测,其振动信号的获取多采用振动传感器。随着微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)技术的发展,具有灵敏度高、体积小、易集成、可批量加工等优势的MEMS电容式振动传感器,已经成为MEMS振动传感器领域的主流应用。

应用于工业过程状态监测的MEMS振动传感器要求具有高量程、宽振动带宽、小尺寸、良好的环境温度适应性以及抗干扰和接口防护能力。而现有的MEMS振动传感器产品[1]很难满足以上所有的应用需求。国内外已有诸多MEMS电容式振动传感器研究成果[2～4]提到,通过优化传感器差分电容结构和电容检测电路可以减小寄生电容影响、提高机械灵敏度和零偏稳定性能。一种双差动扭摆式MEMS加速度计[5,6]利用反相对称激励电压进行驱动,再采用调制解调技术将差分电容敏感的振动信号调制到髙频段,然后经过电荷放大器转换为与之成线性的加速度电压信号,有效避免低频噪声的干扰,减小了 MEMS 器件与电路结合处寄生电容的影响,同时可以使温度造成加速度计输出的缓慢漂移得到抑制,提高温度稳定性。

本文依据实际的应用需求,基于蝶翼式MEMS差分电容敏感结构,对MEMS振动传感器信号检测电路进行优化设计。

1 电容检测电路原理

MEMS电容检测电……