一种高精度加速度传感器噪声性能分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高精度加速度传感器噪声性能分析方法及装置，尤其涉及噪声性能分析领域。所述装置包括MEMS加速度传感器、信号采集装置、信号分析装置和控制器，所述MEMS加速度传感器包括MEMS敏感单元、前置放大器单元、模拟环路滤波器单元、静电力反馈单元；所述信号采集装置包括差分运算放大器、抗混叠滤波器、模数转换器、数据通信模块；所述方法基于所述装置而实现，本发明专利技术所述装置及方法可以应用在常规环境下，减少测试工作量，降低外界震动干扰对加速度传感器噪声性能分析的影响，提高加速度传感器及其后信号处理电路的噪声水平的测量精度。的测量精度。的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度加速度传感器噪声性能分析方法及装置


[0001]本专利技术涉及噪声性能分析领域，尤其涉及一种高精度加速度传感器噪声性能分析方法及装置。

技术介绍

[0002]在现有技术中，电容式MEMS加速度传感器一般通过检测两极板间电容的变化来检测加速度信号。电容式MEMS加速度传感器工作过程中，受布朗噪声、热噪声、量化噪声等的影响。这些噪声限制加速度传感器可以检测的最小信号。因此，噪声性能是MEMS加速度传感器重要的性能，体现其微弱信号检测能力。
[0003]高精度MEMS加速度传感器可以检测微小的震动信号，外界环境的振动或干扰都会混杂到传感器输出。因此，高精度MEMS加速度传感器噪声性能检测对测试环境要求较高。特别地，测试过程中，不可避免地会受到楼体震动的影响，低频段信号混杂着楼体震动信号，使得低频段噪声水平不能真实体现传感器及其后信号处理电路的噪声水平。即使在静音室三级隔震平台上测试，所测噪声功率谱中仍混杂着楼体震动信号，无法准确评估MEMS加速度传感器及其后信号处理电路低频段的噪声水平。而地震勘探探测信号频段为2～300Hz，地震勘探主要关注传感器低频段的噪声水平。在高精度MEMS加速度传感器研制的过程中，需要不断地对传感器各个模块进行改进，以提高其微弱信号检测能力。而由于外界震动信号的影响，使得在常规环境下无法准确测得高精度MEMS加速度传感器的噪声性能，无法对所做改进的效果进行准确评估。为了更准确地得到加速度传感器的噪声性能，减少外界震动信号对噪声性能测试的影响，通常在野外山洞等震动干扰较小的地方，进行噪声测试。此种方法对实验环境要求高，测试场地有很大的限制，需要将相关的测试设备搬到野外山洞进行测试，耗时耗力，加大了测试工作量。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术的不足，本专利技术提供了如下技术方案：
[0005]一种高精度加速度传感器噪声性能分析装置，其特征在于，包括：MEMS加速度传感器、信号采集装置、信号分析装置和控制器；
[0006]MEMS加速度传感器，所述MEMS加速度传感器包括MEMS敏感单元、前置放大器单元、模拟环路滤波器单元、静电力反馈单元；所述MEMS敏感单元用于检测加速度信息，并将所述加速度信息转化为电容信号；所述前置放大器单元用于将所述电容信号转化为电压信号；所述模拟环路滤波器单元用于对所述电压信号进行相位补偿和噪声整形，所述噪声整形是指对所述电压信号的噪声的频谱分布形状进行控制的一种技术；所述静电力反馈单元用于将所述模拟环路滤波器单元处理后输出的信号转化为静电力信号，并将所述静电力信号反馈到所述MEMS敏感单元；经过上述处理后，所述MEMS加速度传感器输出的信号为加速度信号；
[0007]信号采集装置，所述信号采集装置包括差分运算放大器、抗混叠滤波器、模数转换
器和数据通信模块；所述差分运算放大器用于将所述加速度信号转化为差分信号；所述抗混叠滤波器用于滤除高于1/2所述信号采集装置的采样频率的频率成分；所述模数转换器用于将表征所述加速度信号的模拟信号转换为数字信号；所述数据通信模块用于将采集到的所述加速度信号传输到所述信号分析装置；
[0008]信号分析装置，所述信号分析装置用于分析所述加速度信号的各项数据；
[0009]控制器，所述控制器用于设置信号采集参数，并存储所述加速度信号的各项数据。
[0010]进一步地，所述的高精度加速度传感器噪声性能分析装置，其特征在于，所述MEMS加速度传感器有两个，分别是MEMS加速度传感器1和MEMS加速度传感器2。
[0011]进一步地，所述的高精度加速度传感器噪声性能分析装置，其特征在于，所述MEMS加速度传感器1和MEMS加速度传感器2并排放置，且距离较近，并且由同一电源为其供电。
[0012]进一步地，所述的高精度加速度传感器噪声性能分析装置，其特征在于，所述信号采集装置可以根据实际情况进行其他设计。
[0013]进一步地，所述的高精度加速度传感器噪声性能分析装置，其特征在于，所述信号采集参数包括采样点数、采样频率等。
[0014]进一步地，所述的高精度加速度传感器噪声性能分析装置，其特征在于，所述各项数据包括功率谱密度、互功率谱密度、互相关系数。
[0015]一种高精度加速度传感器噪声性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0016]第一步，同时采集所述MEMS加速度传感器1和MEMS加速度传感器2输出的加速度信号；
[0017]第二步，分析MEMS加速度传感器1和MEMS加速度传感器2各自输出的加速度信号的噪声的功率谱密度、互功率谱密度、互相关系数；
[0018]第三步，将分析过后的数据进行运算处理，从而得到MEMS加速度传感器的噪声特性。
[0019]本专利技术的有益效果为：本专利技术所述高精度加速度传感器噪声性能分析方法，可以降低外界震动干扰对加速度传感器噪声性能分析的影响，更真实地反应加速度传感器及其后信号处理电路的噪声水平。由此，在常规环境下即可以得到较为准确的加速度传感器噪声性能，尤其是低频部分，不需要去专用的野外山洞等震动干扰较小的地方，进行噪声测试，减少了测试工作量。
[0020]尤其在分析MEMS加速度传感器低频(0.1Hz以下)噪声性能时，为得到准确的低频(0.1Hz以下)噪声性能，低频噪声性能分析需采集较长时间。而长时间内，测试环境中震动信号的变化不可忽略，传统的噪声分析方法无法去除震动信号对噪声功率谱的影响，噪声功率谱中混叠着外界震动信号。用本专利技术所述方法，可以去除震动信号对噪声功率谱的影响，提高低频噪声性能分析的准确性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例的测试方法的原理图；
[0022]图2为本专利技术实施例的MEMS加速度传感器的结构图；
[0023]图3为本专利技术实施例的高精度加速度传感器噪声性能分析方法流程图；
[0024]图4为本专利技术实施例的高精度加速度传感器噪声性能分析装置的结构框图；
[0025]图5为本专利技术实施例的信号采集装置的结构框图；
[0026]图6为本专利技术实施例测得的MEMS加速度传感器噪声性能的对比图；
[0027]图7为本专利技术实施例测得的两个MEMS加速度传感器输出的相关系数图。
具体实施方式
[0028]本专利技术为解决现有技术存在的问题，提供了一种高精度加速度传感器噪声性能分析方法及装置，高精度加速度传感器噪声性能分析方法及装置能在常规环境下得到较为准确的加速度传感器噪声性能，尤其是低频部分，不需要去专门的野外山洞等震动干扰较小的地方进行噪声测试，减少了测试工作量。
[0029]为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的高精度加速度传感器噪声性能分析方法及装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特征、结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度加速度传感器噪声性能分析装置，其特征在于，包括：MEMS加速度传感器、信号采集装置、信号分析装置和控制器；MEMS加速度传感器，所述MEMS加速度传感器包括MEMS敏感单元、前置放大器单元、模拟环路滤波器单元、静电力反馈单元；所述MEMS敏感单元用于检测加速度信息，并将所述加速度信息转化为电容信号；所述前置放大器单元用于将所述电容信号转化为电压信号；所述模拟环路滤波器单元用于对所述电压信号进行相位补偿和噪声整形，所述噪声整形是指对所述电压信号的噪声的频谱分布形状进行控制的一种技术；所述静电力反馈单元用于将所述模拟环路滤波器单元处理后输出的信号转化为静电力信号，并将所述静电力信号反馈到所述MEMS敏感单元；经过上述处理后，所述MEMS加速度传感器输出的信号为加速度信号；信号采集装置，所述信号采集装置包括差分运算放大器、抗混叠滤波器、模数转换器和数据通信模块；所述差分运算放大器用于将所述加速度信号转化为差分信号；所述抗混叠滤波器用于滤除高于1/2所述信号采集装置采样频率的频率成分；所述模数转换器用于将表征所述加速度信号的模拟信号转换为数字信号；所述数据通信模块用于将采集到的所述加速度信号传输到所述信号分析装置；信号分析装置，所述信号分析装置用于分析所述加速度信号的各项数据；控制器，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘婧，韩可都，李宗伟，杨长春，周永健，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：