MATLAB硅微振梁加速度计频率与幅值实时读出系统设计(2)
2.3.3 基于CORDIC算法的测幅方法9
3 硅微振梁式加速度计数据采集电路的细节设计10
3.1 A/D转化器10
3.2 通过希尔伯特变换实现正交变换10
3.2.1 理想的希尔伯特变换滤波器10
3.2.2 反对称FIR滤波器12
3.3 CORDIC算法15
3.4 延迟模块18
4 MATLAB程序以及Simulink仿真19
4.1 MATLAB程序19
4.2 Simulink仿真20
5 实验设计25
5.1 用信号源真实信号检测电路系统精度25
5.1.1 信号源检测信号频率精度25
5.1.2 信号源检测信号幅值精度28
5.2 用加速度计数据检测电路系统28
结论 30
致谢31
参考文献32
附录A 电路系统的MATLAB程序34
附录B FIR滤波器MATLAB程序36
1 引言
1.1 微机电系统概述
微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是指集合了微型结构、微型传感器、微型执行器、信号处理电路、控制电路以及通信和电源等部件的微型机械电子器件或系统。MEMS是在微电子技术（半导体制造技术）基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、刻蚀、硅微加工以及精密机械加工等技术制作的高精度电子机械器件。MEMS是一项创新性的技术，大多应用于高新技术产业，但 MEMS更加侧重于超精密机械加工，而且主要涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面也十分广泛，涵盖了微尺度下的力、电、光、声、表面等物理、化学、机械学的各个方面[1]。
MEMS具有以下几个基本特点：
1）微型化：MEMS器件的体积很小、重量轻、消耗能源低、响应时间短。
2）批量生产：MEMS工艺采用和集成电路的生产方式和加工方法相似的生产流程，用硅微加工方法可以在一片硅片上同时制造成百上千个微型机电器件或者是完整的MEMS。由于是批量生产，从而就可以大大降低生产成本。
3）集成化：MEMS能够把一些具有不同功能的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，而且还可以将把具有多种功能的器件集成在一起，形成比较复杂的微型系统。
4）多学科交叉：MEMS涉及的学科领域很多，其中包括电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、化学和生物等多种学科，并且集约了目前在科学技术发展方面的许多尖端成果。
5）方便扩展：MEMS技术采用模块化设计，因此如果设备运营商需要增加系统容量时，只需直接增加器件/系统数量，而不需要提前计算好所需要的器件/系统数，这种特性对于设备运营商是非常方便的[2,3]。
MEMS的应用领域十分广泛，在市场目前的应用方面，目前典型的应用就是汽车方面。在汽车方面中的应用主要是可以使汽车驾驶起来更加安全和舒适，包括在汽车里作为加速规来控制碰撞时安全气囊防护系统的施用、在汽车里作为陀螺来测定汽车倾斜，控制动态稳定控制系统、轮胎压力检测等。MEMS在其他各种领域的应用也发展的很快。MEMS应用在医疗卫生方面中目前已经出现了可置换的血压传感器、胶囊式内窥镜系统、人工器官植入人体以及在人体内进行显微手术等。在军事方面中的MEMS的应用包括微型的无人驾驶飞机、微型军用机器人、在导弹上的精确制导等。MEMS目前已经投入生产中的消费类产品包括微型加速度传感器、汽车内的数字化轮胎压力表和智能型的玩具等[4]。
1.2 硅微振梁式加速度计概述
硅微振梁加速度计是以微机械加工工艺为基础制作的MEMS惯性器件，它的原理是利用振梁的力频特性，再通过检测谐振器谐振频率的变化量来敏感出加速度的大小。它的输出信号是频率信号，属于一种准数字信号，不容易受到周围环境噪声的影响，在传输过程和处理中也不容易产生误差，所以，这种传感器比较容易实现高精度的测量，属于高性能器件，便于检测和数字化系统集成，应用比较广泛，目前有许多研究机构及教育机构都在开展对于这项技术的研究。
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