电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电容式微机械加速度计动态性能的改善方法，特别是涉及一种运 用PI电路的电容式微机械加速度计的动态性能的改善方法。
【背景技术】
[0002] 电容式微机械加速度计是汽车安全气囊系统中的核心器件，主要由两个固定的极 板和由弹性梁支撑的可动中间质量块组成。当汽车的瞬时加速度超过某一限定值时，安全 气囊自动打开以保护驾驶员的安全。因此，需要电容式微机械加速度计对加速度的响应时 间要小，以保证安全气囊能及时打开起到保护作用；同时需要电容式微机械加速度计具有 较低的超调量，以避免在没有达到限定加速度附近时，安全气囊误开的情况。
[0003] 由于超调量和稳态响应时间是衡量加速度计系统动态性能的重要指标，其中，超 调I
【主权项】
1. 一种电容式微机械加速度计动态性能改善系统，其特征在于，所述系统包括电容式 微机械加速度计（1)和检测电路； 所述检测电路包括差分电容检测模块（2)、电荷放大电路（3)、差分放大模块（4)、PI电 路（5)、数据采集器（6)和数据处理装置（7); 所述电容式微机械加速度计（1)、所述差分电容检测模块（2)、所述电荷放大电路（3)、 所述差分放大模块（4)以及所述PI电路（5)依次串联连接并且所述PI电路（5)与所述电 容式微机械加速度计（1)连接，以形成闭环回路；其中，所述PI电路（5)输出反馈电压至所 述电容式微机械加速度计（1)以对其施加静电力负反馈； 所述数据处理装置（7)通过所述数据采集器（6)与所述PI电路（5)连接，并且所述数 据处理装置（7)分析处理所述数据采集器（6)采集的PI电路（5)输出的反馈电压信号并 输出分析处理结果，所述PI电路（5)根据所述分析处理结果而相应地调整其元件参数，以 使电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定要求。
2. 根据权利要求1所述的电容式微机械加速度计动态性能改善系统，其特征在于，所 述电容式微机械加速度计（1)包括两个固定极板和一个中间极板；其中，所述电容式微机 械加速度计（1)的一个固定极板的电压输入端与所述PI电路（5)的输出端连接，其另一个 固定极板的电压输入端通过反相器与所述PI电路（5)的输出端连接，以通过两个固定极板 的输入电压对中间极施加静电力负反馈。
3. 根据权利要求1所述的电容式微机械加速度计动态性能改善系统，其特征在于，所 述PI电路（5)包括运算放大器U3、电阻R8、电阻R9、电阻RlO和电容C6 ; 其中，运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8与所述差分放大模块（4)的输出端连 接，其同相输入端接地；电阻R9和电容C6串联后连接在运算放大器U3的反相输入端和其 输出端之间；电阻RlO的两端分别连接运算放大器U3的反相输入端和输出端。
4. 根据权利要求3所述的电容式微机械加速度计动态性能改善系统，其特征在于，所 述数据处理装置（7)是单片机控制模块（8)，并且所述电阻R8和所述电阻RlO为可编程电 阻，所述单片机控制模块（8)分别与可编程电阻R8、RlO和所述数据采集器（6)连接，以使 所述单片机控制模块（8)根据所述数据采集器（6)采集的所述PI电路输出的反馈电压信 号，相应地调整电阻R8和/或电阻RlO的电阻值。
5. -种利用如权利要求1所述系统的电容式微机械加速度计动态性能改善方法，其特 征在于，所述方法包括以下步骤， 由差分电容检测模块（2)检测电容式微机械加速度计（1)的状态变化，并根据所述电 容式微机械加速度计（1)的状态变化输出差分电容信号至电荷放大电路（3); 所述电荷放大电路（3)根据所述差分电容信号而输出相应的电压信号至差分放大模 块⑷； 所述差分放大模块（4)根据所述电压信号而输出相应的直流电压至PI电路（5); 所述PI电路（5)根据所述直流电压而输出相应的反馈电压至所述电容式微机械加速 度计（1)，以对所述电容式微机械加速度计（1)施加静电力负反馈，并由数据采集器（6)采 集所述PI电路（5)输出的反馈电压信号； 由数据处理装置（7)分析处理所述反馈电压信号而获取电容式微机械加速度计系统 的超调量和稳态响应时间的数据，将所述电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应 时间的数据分别与其设定值比较而输出分析处理结果； 根据所述分析处理结果，相应地调整所述PI电路（5)的元件参数，以使所述电容式微 机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达到设定要求。
6. 根据权利要求5所述的电容式微机械加速度计动态性能改善方法，其特征在于，所 述电容式微机械加速度计（1)的一个固定极板获取所述反馈电压，其另一个固定极板获取 与所述反馈电压大小相等极性相反的电压，以在所述电容式微机械加速度计（1)的固定极 板间形成电场，对中间极板施加静电力负反馈。
7. 根据权利要求5所述的一种电容式微机械加速度计动态性能改善方法，其特征在 于，由单片机控制模块（8)分析处理所述反馈电压信号，获取所述电容式微机械加速度计 系统的超调量和稳态响应时间的数据； 由单片机控制模块（8)将得到的超调量和稳态响应时间的数据分别与存储在所述单 片机控制模块（8)中超调量和稳态响应时间的设定值比较而获取分析处理结果； 由所述单片机控制模块（8)根据所述分析处理结果，相应地调整所述PI电路（5)的比 例系数和/或积分系数，以使所述电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间达 到设定要求。
8. 根据权利要求7所述的电容式微机械加速度计动态性能改善方法，其特征在于，由 所述单片机控制模块（8)调整可编程电阻R8的电阻值，以调整所述PI电路（5)的比例系 数 R10/R8 ; 由所述单片机控制模块（8)调整可编程电阻R8和RlO的电阻值且保持所述PI电路 (5)的比例系数R10/R8不变，以调整所述PI电路的积分系数。
【专利摘要】本发明主要包括电容式微机械加速度计动态性能改善系统和方法，所述系统包括电容式微机械加速度计和检测电路，检测电路包括差分电容检测模块、电荷放大电路、差分放大模块、PI电路、数据采集器和数据处理装置；微机械加速度计、差分电容检测模块、电荷放大电路、差分放大模块、PI电路依次串联，构成闭环回路；数据处理装置通过数据采集器与PI电路相连；所述方法是通过比较电容式微机械加速度计的超调量和稳态响应时间分别与其设定值的关系，而相应地调整PI电路的元件参数，使电容式微机械加速度计系统的阻尼改变而调节电容式微机械加速度计系统的超调量和稳态响应时间并达到设定要求；本发明方法简单，容易实现，调试方便以及成本较低。
【IPC分类】G01P15-125
【公开号】CN104833823
【申请号】CN201510267202
【发明人】于慧君, 曾建, 周吴, 彭倍, 曲昊
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月22日