阐述了电容式微机械静电伺服加速度计系统的基本结构和工作原理,详细分析并建立了在空间任一给定加速度a下加速度计的静态、动态和电模拟模型,指出敏感质量块各方向上的运动仅决定于该方向的加速度,由此建立各方向上的运动方程,并给出各参数的计算公式,为加速度计的设计和仿真奠定扎实基础.

为了精确、高效地测量微机械加速度计的各项性能指标,并尽可能地降低地线干扰,系统采用DAQ-2213数据采集卡采集加速度计输出电压,使用多个独立电源及差模接法来降低地线干扰;温度敏感元件采用Pt100,电阻到电压变换电路采用三线制接法,选择PCI-（A）9114数据采集卡采集变换电路输出的电压值;采用Labview7.0接口函数实时显示加速度计输出电压和温度值,并输出有图表的Word文档。系统经过标定,输出电压精度为40μV,温度精度为0.277℃。实验表明,系统能实时测量微机械加速度计的输出电压和温度值,而采用独立电源和差模输入可有效减少各路信号之间的干扰。

在使用开环频率响应实验求取微机械加速度计挠性梁机械刚度时,不可避免地受到静电负刚度的影响.通过分析预载电压和扫频信号幅值对静电负刚度的影响,提出了从系统刚度中分离出挠性梁机械刚度的计算方法.通过不同实验条件下得到的实验结果,验证了该方法的正确性.

微机械加速度计的输出受到环境温度的影响。文中以姿态参照系统为例，通过温度实验，得到了姿态参照系统中的微机械加速度计在不同温度下的输出，通过数据拟合建立了静态温度模型，对加速度计的零偏和标度因子进行了补偿。在姿态参照系统中对该温度补偿模型进行试验，结果表明得到的模型可以有效地补偿系统中的微机械加速度计的温度误差，使加速度计随温度变化的稳态输出变化的数量级由10^-3减小到10^-4。该温度补偿方法也适用于其他MEMS惯性测量系统中的微机械加速度计的温度补偿。

在温度对加速度计的影响方面主要通过开机特性实验、线性度实验以及温度模型的建立研究了零位加速度计输出的重复性、稳定性与温度的关系、不同温度下的线性度、零位加速度计输出的温度模型。

为了提高模拟力平衡式电容微机械加速度计的鲁棒性和分辨率，对系统的非线性进行了研究。通过分析系统的数学模型，认为力发生器的非线性会引人一个可变负刚度。在传统方案中，为保证加速度计满量程时总刚度大于0，预载电压要小于失稳预载的0．707，这就造成在加速度输入较小时其总刚度较大，从而影响其阈值以及小输入时的分辨率。为弥补传统方案中力矩器非线性对系统分辨力的影响，本文应用自适应理论，提出一种基于总刚度不变的变预载自适应调整方法来提高闭环系统的鲁棒性和分辨率。设计了一种基于DSP的数字式微机械加速度计并进行了试验。试验结果表明，采用自适应调整方案后，加速度计在0g附近的分辨率由43．2μg提高到11．3μg，1g附近的分辨率由36．4μg提高到12．1μg，这些数据验证了自适应调整方案对系统性能的改进。

方波激励下的环形二极管电容检测电路应用于微机械加速度计是一种新的尝试。根据实践，该方案可以很好地在闭环系统中工作。该文建立了这种解调电路的数学模型，进行了误差分析，给出了其参数对闭环系统的影响。该方案在将检测电容变化转换为电压变化的过程中会引入非线性因素，该文证明了这种影响在闭环后可以忽略。计算结果表明，较解调电容的变化，敏感结构电容的变化将对输出电压的变化起主要的影响作用。此外，推导出的静电力公式说明，较大的激励电压会减小系统的稳定裕量。

良好稳定性和大量程设计一直是困扰微惯性加速度计研制的两个难题,文中对影响微加速度计稳定性的主要因素(外置偏压和横向加速度干扰)进行了详细分析,对加速度计各参数对量程的本质影响及其相互关系进行了研究,理论分析和计算机仿真结果表明根据给出的四梁中心悬臂结构,在典型结构参数下,惯性敏感单元可承受的最大横向加速度达2 000 g以上,采取质量块减薄和打孔并用的方法可以保证加速度计具有70g以上量程.

针对谐振式微机械加速度计输出数字频率信号的特点。基于TMS320VC5509A DSP处理核心与FPGA设计出一种可同时检测九路数字频率信号并具有较高精度的硬件单元，利用接入灵活、传输速率快的USB总线，结合SQL server2000数据库构建起主要针对谐振式微机械加速度计的测试平台。主要阐述了前端频率测试方法、DSP应用系统设计及PC软件框架。整套系统对谐振式微加速度计产品的生产开发、质量检测有重要的现实意义。

在传感器技术的发展过程中,传统模拟输出传感器由于具有一些固有局限,正在逐渐被数字输出传感器所取代.数字技术的应用使传统传感器成为智能传感器,并具有集成化、智能化、网络化、系统化等新特点.介绍以传统模拟传感器技术为基础,在惯性测量器件--微机械加速度传感器上集成数字接口,使之成为智能化传感器的一种设计方案.