電容式微機械加速度計動態性能改善系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電容式微機械加速度計動態性能的改善方法，特別是涉及一種運 用PI電路的電容式微機械加速度計的動態性能的改善方法。
【背景技術】
[0002] 電容式微機械加速度計是汽車安全氣囊系統中的核心器件，主要由兩個固定的極 板和由彈性梁支撐的可動中間質量塊組成。當汽車的瞬時加速度超過某一限定值時，安全 氣囊自動打開以保護駕駛員的安全。因此，需要電容式微機械加速度計對加速度的響應時 間要小，以保證安全氣囊能及時打開起到保護作用；同時需要電容式微機械加速度計具有 較低的超調量，以避免在沒有達到限定加速度附近時，安全氣囊誤開的情況。
[0003] 由于超調量和穩態響應時間是衡量加速度計系統動態性能的重要指標，其中，超 調I
【主權項】
1. 一種電容式微機械加速度計動態性能改善系統，其特征在于，所述系統包括電容式 微機械加速度計（1)和檢測電路； 所述檢測電路包括差分電容檢測模塊（2)、電荷放大電路（3)、差分放大模塊（4)、PI電 路（5)、數據采集器（6)和數據處理裝置（7); 所述電容式微機械加速度計（1)、所述差分電容檢測模塊（2)、所述電荷放大電路（3)、 所述差分放大模塊（4)以及所述PI電路（5)依次串聯連接并且所述PI電路（5)與所述電 容式微機械加速度計（1)連接，以形成閉環回路；其中，所述PI電路（5)輸出反饋電壓至所 述電容式微機械加速度計（1)以對其施加靜電力負反饋； 所述數據處理裝置（7)通過所述數據采集器（6)與所述PI電路（5)連接，并且所述數 據處理裝置（7)分析處理所述數據采集器（6)采集的PI電路（5)輸出的反饋電壓信號并 輸出分析處理結果，所述PI電路（5)根據所述分析處理結果而相應地調整其元件參數，以 使電容式微機械加速度計系統的超調量和穩態響應時間達到設定要求。
2. 根據權利要求1所述的電容式微機械加速度計動態性能改善系統，其特征在于，所 述電容式微機械加速度計（1)包括兩個固定極板和一個中間極板；其中，所述電容式微機 械加速度計（1)的一個固定極板的電壓輸入端與所述PI電路（5)的輸出端連接，其另一個 固定極板的電壓輸入端通過反相器與所述PI電路（5)的輸出端連接，以通過兩個固定極板 的輸入電壓對中間極施加靜電力負反饋。
3. 根據權利要求1所述的電容式微機械加速度計動態性能改善系統，其特征在于，所 述PI電路（5)包括運算放大器U3、電阻R8、電阻R9、電阻RlO和電容C6 ; 其中，運算放大器U3的反相輸入端通過電阻R8與所述差分放大模塊（4)的輸出端連 接，其同相輸入端接地；電阻R9和電容C6串聯后連接在運算放大器U3的反相輸入端和其 輸出端之間；電阻RlO的兩端分別連接運算放大器U3的反相輸入端和輸出端。
4. 根據權利要求3所述的電容式微機械加速度計動態性能改善系統，其特征在于，所 述數據處理裝置（7)是單片機控制模塊（8)，并且所述電阻R8和所述電阻RlO為可編程電 阻，所述單片機控制模塊（8)分別與可編程電阻R8、RlO和所述數據采集器（6)連接，以使 所述單片機控制模塊（8)根據所述數據采集器（6)采集的所述PI電路輸出的反饋電壓信 號，相應地調整電阻R8和/或電阻RlO的電阻值。
5. -種利用如權利要求1所述系統的電容式微機械加速度計動態性能改善方法，其特 征在于，所述方法包括以下步驟， 由差分電容檢測模塊（2)檢測電容式微機械加速度計（1)的狀態變化，并根據所述電 容式微機械加速度計（1)的狀態變化輸出差分電容信號至電荷放大電路（3); 所述電荷放大電路（3)根據所述差分電容信號而輸出相應的電壓信號至差分放大模 塊⑷； 所述差分放大模塊（4)根據所述電壓信號而輸出相應的直流電壓至PI電路（5); 所述PI電路（5)根據所述直流電壓而輸出相應的反饋電壓至所述電容式微機械加速 度計（1)，以對所述電容式微機械加速度計（1)施加靜電力負反饋，并由數據采集器（6)采 集所述PI電路（5)輸出的反饋電壓信號； 由數據處理裝置（7)分析處理所述反饋電壓信號而獲取電容式微機械加速度計系統 的超調量和穩態響應時間的數據，將所述電容式微機械加速度計系統的超調量和穩態響應 時間的數據分別與其設定值比較而輸出分析處理結果； 根據所述分析處理結果，相應地調整所述PI電路（5)的元件參數，以使所述電容式微 機械加速度計系統的超調量和穩態響應時間達到設定要求。
6. 根據權利要求5所述的電容式微機械加速度計動態性能改善方法，其特征在于，所 述電容式微機械加速度計（1)的一個固定極板獲取所述反饋電壓，其另一個固定極板獲取 與所述反饋電壓大小相等極性相反的電壓，以在所述電容式微機械加速度計（1)的固定極 板間形成電場，對中間極板施加靜電力負反饋。
7. 根據權利要求5所述的一種電容式微機械加速度計動態性能改善方法，其特征在 于，由單片機控制模塊（8)分析處理所述反饋電壓信號，獲取所述電容式微機械加速度計 系統的超調量和穩態響應時間的數據； 由單片機控制模塊（8)將得到的超調量和穩態響應時間的數據分別與存儲在所述單 片機控制模塊（8)中超調量和穩態響應時間的設定值比較而獲取分析處理結果； 由所述單片機控制模塊（8)根據所述分析處理結果，相應地調整所述PI電路（5)的比 例系數和/或積分系數，以使所述電容式微機械加速度計系統的超調量和穩態響應時間達 到設定要求。
8. 根據權利要求7所述的電容式微機械加速度計動態性能改善方法，其特征在于，由 所述單片機控制模塊（8)調整可編程電阻R8的電阻值，以調整所述PI電路（5)的比例系 數 R10/R8 ; 由所述單片機控制模塊（8)調整可編程電阻R8和RlO的電阻值且保持所述PI電路 (5)的比例系數R10/R8不變，以調整所述PI電路的積分系數。
【專利摘要】本發明主要包括電容式微機械加速度計動態性能改善系統和方法，所述系統包括電容式微機械加速度計和檢測電路，檢測電路包括差分電容檢測模塊、電荷放大電路、差分放大模塊、PI電路、數據采集器和數據處理裝置；微機械加速度計、差分電容檢測模塊、電荷放大電路、差分放大模塊、PI電路依次串聯，構成閉環回路；數據處理裝置通過數據采集器與PI電路相連；所述方法是通過比較電容式微機械加速度計的超調量和穩態響應時間分別與其設定值的關系，而相應地調整PI電路的元件參數，使電容式微機械加速度計系統的阻尼改變而調節電容式微機械加速度計系統的超調量和穩態響應時間并達到設定要求；本發明方法簡單，容易實現，調試方便以及成本較低。
【IPC分類】G01P15-125
【公開號】CN104833823
【申請號】CN201510267202
【發明人】于慧君, 曾建, 周吳, 彭倍, 曲昊
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月22日