[发明专利]一种高精度加速度传感器噪声性能分析方法及装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：

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；

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。

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。