硅微加速度计的特性及应用研究

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1、国防科学技术大学研究生院学位论文摘要集成电路及MEMS技术的高速发展，极大地促进了硅微惯性传感器的开发与应用。目前在各个领域，硅微惯性传感器正呈现商业化、产业化的应用前景。硅微惯性传感器的主要优点是：微型化、集成化、低成本、低功耗、可靠性高等。但是，目前国内外研制出来的硅微惯性传感器大都精度较低，这在很大程度上限制了硅微惯性传感器的应用。同时，在许多实际应用中，希望通过对加速度的测量来估计速度及位移。鉴此，本论文以美国ADI公司研制的双轴硅微加速度测量器件ADXL202作为主要研究对象，通过它测量运动物体的线加速度，进而运用一定的算法(主要是卡尔曼滤波)滤除噪声并估计出运动物体的

2、速度和位移。其主要内容有：1．对ADXL202的工作原理、一般特性进行详细地论述，对ADXL202的应用电路设计及校准进行探讨，并详细地阐述了本课题的实验系统，对ADXL202的静态特性和动态特性进行分析和研究；2．介绍一种建立加速度计状态空间模型的方法，并在此基础上，重点阐述标准卡尔曼滤波算法和Sage＆Husa自适应卡尔曼滤波算法及其应用，这是本论文重点论述的内容；3．巴特沃思(Butterworth)数字滤波器的设计和应用，以及滤波后加速度信号的积分运算，以估计出运动平台的速度及位移。关键词：硅微加速度计，标准卡尔曼滤波器，自适应卡尔曼滤波器，状态估计，巴特浃思滤波器第1页

3、国防科学技术大学研究生院学位论文ABSTRACTTherapiddevelopmentofintegratedcircuitandMEMStechnologyacce]eratestheresearchandapp]icationofthemicro—Siinertialsensor．Atpresent，themicro—Siinertialsensorispresentingthetrendofcommercializationandindustrializationineveryfield．Themicro—Siinertialsensorhasmanyadvantagesi

4、nbu]k，integration，cost，powerconsumption，reliabilityetc．But，thelowpreciSjonofmicro—Siinertialsensormanufacturedina11countriesatpresentconfinestheapplicationrangeofmicro—Siinertialsensortoagreatextent．Atthesametime，manyapplicationswanttoestimatevelocityanddisplacementbythemeasurementofaccelerat

5、ion．So，thiSdissertationconsidersADXL202，akindofdua]一axiSaccelerometermadeofADCorporationofUSA，asthestudyobject，andusesthespecialalgorithm，forexampleKalmanFiltering，tofilterthenoiseadu]teratinginaccelerationsignalmeasuredbyADXL202andestimatethevelocityanddisplacementofmobile．Mainresearchsubjec

6、tsareincludedasfollow：1．IntroducingtheelementsandCoLoncharacteristicofADXL202．ExpatJatingonthecircuitdesignofapplicationandthecalibrationofADXL202．Introducingtheexperimentsystemofthesubject．AnalysingandstudyingthestaticanddynalniCcharacteristicofADXL202deeply．2．Introducingamethodofestablishin

7、gthestate—spacemodelofmicro__SiacceIerometer．Basingonit，expatiatingonthealgorithmsofstandardKalmanFiIteringandSage＆HusaAdaptiveKalmanFiltering，andontheirapplications．。rhesearetheemphasesofthiSdissertation．3．Dissertatingthedesignandapplication