PWM静电伺服技术在电容微加速度计中的应用

　　1引言

　　电容式微加速度不一不仅因为其灵敏度高，稳定性好，温度漂移小、功耗低等优点，而日‘更币要的是它适合闭环土作方式，而得到越来越)一泛的应用。闭环土作方式一般是通过静电力平衡回路来实现。现行的构成静电力平衡回路的方法卞要有:PWM脉宽调制法，模拟法，数字法，及模/数混合法等。这些方法各有特点。针对实际情况，木文采用了PWM脉宽调制法，该方法的优点在十无需增加线性化电路，就可高精度的检测加速度。

　　2 PWM脉宽调制的基本原理

　　脉宽调制是用脉冲宽度不等的一系列矩形脉冲去逼近一个所需要的电压或电流信号。以正弦波脉宽调制(SPWM)为例来描述PWM脉宽调制的基木原理。如图1所T } UR为参考信号(此时一为正弦波)}U△为载波信号(三角载波)。将它们送入电压比较器进行比较，从而得到SPWM脉冲序列。

　　PWM脉冲宽度的确定可由图1(h)看出。由十三角载波U△和正弦波参考信号UR分别接至电压比较器A的“一”和“+”输入端。显然当U0 UR时一，输出为低电平。图1(})中U△和UR的交点之间的距离随参考电压UR的大小而变，而该交点之间的距离决定了电压比较器输出电压脉冲的宽度，因而可得到幅值相等而脉冲宽度不等的PWM电压信号Up}

　　3静电力平衡式微加速度计的组成

　　采用PWM静电伺服技术构成的电容式微加速度不「其总体原理框图可由图2来表不。

　　可动电极即敏感质量块由悬臂梁支承。,已只有 一个方向的自由度。当由外力产生加速度时一，可动电极的偏转由可动电极与两固定电极之间的电容差0C测量所得。由脉宽调制器产生两个PWM调制信号V，和V F: }分别施加到两个固定极板上。通过改变PWM信号的脉宽，从而来控制施加在极板上的静电力。结合0C检测和脉宽控制，使得可动极板对任何外来的加速度情况下都处在中心位置。利用PWM静电伺服技术，可以得到加速度g与脉冲宽度成比例。PWM信号通过低通滤波器LPF后，生成了传感器的输出信号Un}

　　4 PWM静电伺服技术的实现

　　4. 1传递函数

　　根据上述原理，可以给出静电伺服系统的传递函数为:

　　式中，D— P If}ll}信号VF'的占空比;

　　m—可动电极的质量;

　　S—极板的ICI积;

　　A—粘性阻尼系数;

　　k悬臂梁的弹性系数;

　　V},尸”U信号VF'的幅值;

　　人—增益系数;

　　.S—拉普拉斯算子。

　　占空比D可以定义为:D = tal T}其中t,和T分别是PWM信号VF'的宽度及周期。当增益K很大时一，有:m.s-+}l.s + k+Ks S冲2d=。在这种情况下，式}1)就可以简化为: