[發明專利]一種高精度加速度傳感器噪聲性能分析方法及裝置

在審

• 申請號: 202110525478.6
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113092820A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 劉婧;韓可都;李宗偉;楊長春;周永健
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01P21/00
• 分類號: G01P21/00
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 張曉冬

本發明公開了一種高精度加速度傳感器噪聲性能分析方法及裝置，尤其涉及噪聲性能分析領域。所述裝置包括MEMS加速度傳感器、信號采集裝置、信號分析裝置和控制器，所述MEMS加速度傳感器包括MEMS敏感單元、前置放大器單元、模擬環路濾波器單元、靜電力反饋單元；所述信號采集裝置包括差分運算放大器、抗混疊濾波器、模數轉換器、數據通信模塊；所述方法基于所述裝置而實現，本發明所述裝置及方法可以應用在常規環境下，減少測試工作量，降低外界震動干擾對加速度傳感器噪聲性能分析的影響，提高加速度傳感器及其后信號處理電路的噪聲水平的測量精度。

技術領域

本發明涉及噪聲性能分析領域，尤其涉及一種高精度加速度傳感器噪聲性能分析方法及裝置。

背景技術

在現有技術中，電容式MEMS加速度傳感器一般通過檢測兩極板間電容的變化來檢測加速度信號。電容式MEMS加速度傳感器工作過程中，受布朗噪聲、熱噪聲、量化噪聲等的影響。這些噪聲限制加速度傳感器可以檢測的最小信號。因此，噪聲性能是MEMS加速度傳感器重要的性能，體現其微弱信號檢測能力。

高精度MEMS加速度傳感器可以檢測微小的震動信號，外界環境的振動或干擾都會混雜到傳感器輸出。因此，高精度MEMS加速度傳感器噪聲性能檢測對測試環境要求較高。特別地，測試過程中，不可避免地會受到樓體震動的影響，低頻段信號混雜著樓體震動信號，使得低頻段噪聲水平不能真實體現傳感器及其后信號處理電路的噪聲水平。即使在靜音室三級隔震平臺上測試，所測噪聲功率譜中仍混雜著樓體震動信號，無法準確評估MEMS加速度傳感器及其后信號處理電路低頻段的噪聲水平。而地震勘探探測信號頻段為2～300Hz，地震勘探主要關注傳感器低頻段的噪聲水平。在高精度MEMS加速度傳感器研制的過程中，需要不斷地對傳感器各個模塊進行改進，以提高其微弱信號檢測能力。而由于外界震動信號的影響，使得在常規環境下無法準確測得高精度MEMS加速度傳感器的噪聲性能，無法對所做改進的效果進行準確評估。為了更準確地得到加速度傳感器的噪聲性能，減少外界震動信號對噪聲性能測試的影響，通常在野外山洞等震動干擾較小的地方，進行噪聲測試。此種方法對實驗環境要求高，測試場地有很大的限制，需要將相關的測試設備搬到野外山洞進行測試，耗時耗力，加大了測試工作量。

發明內容

為解決上述現有技術的不足，本發明提供了如下技術方案：

一種高精度加速度傳感器噪聲性能分析裝置，其特征在于，包括：MEMS加速度傳感器、信號采集裝置、信號分析裝置和控制器；

MEMS加速度傳感器，所述MEMS加速度傳感器包括MEMS敏感單元、前置放大器單元、模擬環路濾波器單元、靜電力反饋單元；所述MEMS敏感單元用于檢測加速度信息，并將所述加速度信息轉化為電容信號；所述前置放大器單元用于將所述電容信號轉化為電壓信號；所述模擬環路濾波器單元用于對所述電壓信號進行相位補償和噪聲整形，所述噪聲整形是指對所述電壓信號的噪聲的頻譜分布形狀進行控制的一種技術；所述靜電力反饋單元用于將所述模擬環路濾波器單元處理后輸出的信號轉化為靜電力信號，并將所述靜電力信號反饋到所述MEMS敏感單元；經過上述處理后，所述MEMS加速度傳感器輸出的信號為加速度信號；

信號采集裝置，所述信號采集裝置包括差分運算放大器、抗混疊濾波器、模數轉換器和數據通信模塊；所述差分運算放大器用于將所述加速度信號轉化為差分信號；所述抗混疊濾波器用于濾除高于1/2所述信號采集裝置的采樣頻率的頻率成分；所述模數轉換器用于將表征所述加速度信號的模擬信號轉換為數字信號；所述數據通信模塊用于將采集到的所述加速度信號傳輸到所述信號分析裝置；

信號分析裝置，所述信號分析裝置用于分析所述加速度信號的各項數據；

控制器，所述控制器用于設置信號采集參數，并存儲所述加速度信號的各項數據。

進一步地，所述的高精度加速度傳感器噪聲性能分析裝置，其特征在于，所述MEMS加速度傳感器有兩個，分別是MEMS加速度傳感器1和MEMS加速度傳感器2。