基于相位调制—解调技术的MOEMS加速度计信号处理系统设计

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MEMS加速度传感系统因其体积小、精度高,被广泛用于各个领域。尤其在惯性导航与制导系统中,MEMS加速度计扮演着重要的角色。MOEMS加速度计结合MEMS技术的优点,具有更强的抗电磁干扰能力以及更高的精度。但是,MOEMS加速度计的检测信号往往是微弱信号,有用信号常被淹没在噪声之中,因此目前国内外MOEMS加速度计在精度上难以进一步突破。为了进一步提高加速度计系统精度,降低系统噪声带来的误差,本课题研究了低噪声、高精度、抗干扰能力强的MOEMS加速度计信号处理系统。该信号处理系统应用相位调制-解调技术,通过压电陶瓷对待测信号光进行调制,最后利用锁定放大技术对调制后的信号进行解调,从而提高了 MOEMS加速度传感系统的信噪比,减小了系统噪声,实现了信号的高精度测量。本文首先对微加速度计的工作原理和分类进行简要概述。结合目前国内外MEMS和MOEMS加速度计的研究现状,对比分析了各自的优缺点。其次在MOEMS技术基础之上,提出了基于微结构光栅的MOEMS加速度传感系统,简要介绍了其工作原理,并且设计了未加调制的加速度信号处理系统。根据实验结果分析得出系统易受到噪声的影响。本课题针对系统存在噪声干扰的问题,在光栅干涉技术的基础上进一步提出基于相位调制解调技术的加速度计信号处理系统设计方案,同时通过LabVIEW仿真验证了方案的可行性。然后在相位调制系统中,利用压电陶瓷的逆压电效应实现相位调制,并针对压电陶瓷进行特性测试,合理确定了相应的调制参数。最终基于Multisim仿真完成硬件电路模块设计,并通过测试验证了基于相位—调制解调技术的加速度计信号处理系统可以极大的抑制系统噪声,提高系统信噪比,使得系统噪声水平低于20mV。最后本文对当前系统存在的问题进行总结,对未来的发展方向作出展望。
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