基于MEMS传感器的小型智能化强震仪

本项目研制的小型MEMS强震仪,在软硬件上均采用模块化设计,以适应多种场合的应用需要.硬件由MEMS加速度计、控制处理器系统、数据存储系统、有线IP网络实时数据传输系统、无线3G数据传输模块、GPS校时模块以及内置高容量后备锂电的供电系统等组成.     

(五)地震观测仪器及观测资料处理技术专题

30多人参加了“地震观测仪器及观测资料处理技术”专题分会场的学术交流活动,12名学者作了学术报告:基于MEMS传感器的小型智能化强震仪(胡星星);T-1型高精度绝对重力仪(胡华);高性能地震数据采集方案构想(高尚华);恒温MEMS加速度计系统的实现及后续应用(李建飞);三分量石英晶体谐振式压力传感器研制(崔笃信);2012年广东东源4.8级地震的震源机制(康英);利用GNSS高程序列确定复测水准网参考基准的试验研究(罗三明);单台数字测震仪地震实时准确报警方法研究(李万金);YRY-4型钻孔应变仪观测的P波、S波特征(邱泽华);温度对甚宽频地震计灵敏度影响的研究(王晓蕾);中国第27次和28次南极长城站地震观测(常利军);地震观测信息技术创新思考(陈会忠).     

振动测量用叉指式硅微加速度计性能研究

硅MEMS加速度仪可以用于地震以及各种工程振动的测量,目前其精度较低,温度灵敏度较高,为了掌握MEMS加速度计的特性,提高其实用性能,本文介绍了一种叉指式硅微机械加速度计(FMSA)表头微结构和系统的工作原理,推导了微结构梁的刚度,利用ANSYS有限元软件分析了FM-SA加速度计的静态特性、动态特性和温度特性,验证了推导的正确性,说明微结构参数是决定FMSA加速度计性能的主要因素,为改进加速度计性能提供了依据,并对其在振动观测领域实际应用提供了理论指导。     

应用于MEMS加速度计的小型恒温系统的实现

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)加速度计是采用微机电技术制作的产品,具有体积小、功耗低、外围电路简单等特点,广泛应用于振动检测领域;一些新型倾角仪的设计中也采用MEMS加速度计来记录静态加速度,然后进行后续计算.     

中国地震学会第14次学术大会各专题分会场交流纪要 (五)地震观测仪器及观测资料处理技术专题

30多人参加了"地震观测仪器及观测资料处理技术"专题分会场的学术交流活动,12名学者作了学术报告:基于MEMS传感器的小型智能化强震仪(胡星星);T-1型高精度绝对重力仪(胡华);高性能地震数据采集方案构想(高尚华);恒温MEMS加速度     

基于MEMS传感器的速度型地震计技术研究

低功耗、微型化、芯片化、智能化、网络化、低成本高可靠以及全频带观测是地震传感器发展的方向,利用MEMS技术可以集成满足现代传感器要求的"芯片仪器",便于布设低成本、高密度的智能化现代传感器网络.本文提出了从MEMS加速度计经积分放大器获得速度地震计的技术方案,研究指出:1)为获得50Hz有效带宽内动态范围能达到电源电压的满摆幅输出,折合后级的放大倍数在内,积分放大器的积分时间常数只能是小于3.2ms;2)为克服积分器的漂移和噪声,提出了斩波多相积分技术;3)采用成品MEMS加速度计研制的速度型地震计,动态范围可达94dB,带宽在实测的100s～100Hz内响应平坦.提出了以MEMS加速度计的差分电容作为斩波多相积分器的斩波部件而研制高分辨率MEMS速度地震计的技术方案.     

数字重力仪高精度恒温测温系统设计与测试研究

高精度数字重力仪广泛应用于矿产资源勘探领域,由石英弹性系统组成的重力传感器是高精度数字重力仪的核心部件,其对外界环境温度非常敏感,由环境温度变化引起的重力输出变化远远大于仪器本身精度指标,而且不同的数字重力仪具有不同的温度影响特性.若重力传感器的恒温环境得不到保障,或环境温度的微弱变化无法得到准确的测量和补偿,将严重影响重力仪器的测量精度和一致性.本文针对该问题,研究了高精度恒温测温系统的设计方法及关键技术,考虑到数字重力仪器精度高、体积小、功耗低和便携式的特点,对高精度恒温测温系统中的关键器件选型、热结构设计、电路设计、软件设计等进行深入研究,并给出具体的解决措施.并设计了静态试验、高低温试验和石英弹性系统温度系数测定试验三个部分验证高精度恒温测温系统的有效性.试验结果表明：高精度测温系统最小分辨率达到10 μ℃;静态常温时,高精度恒温系统温度变化约为70 μ℃;在-20℃~+45℃的环境温度冲击中高精度恒温系统温度变化小于1 m℃;恒温点微调装置可实现石英弹性系统温度系数的精确测定.该研究为高精度重力测量仪器研制中消除环境温度变化影响提供了一种有效解决方案.     

基于离散时间反馈的闭环MEMS加速度计研究

MEMS加速度计的噪声和线性指标是地震监测应用领域的关键问题,采用闭环力反馈是提高这些性能的有效途径。然而,由于对质量块不需要额外的电极来施加电静力,并且其残余位移会给闭环传递函数带来显著的非线性,从而影响该方法的有效性。因此,本文提出一种基于离散时间反馈的闭环MEMS加速度计,分时完成电容变化检测及静电力反馈,最大程度的减小了反馈信号对检测信号的馈通及耦合。利用开关电容电路中的相关双采样电路噪声消除技术,及电路参数噪声优化,可实现噪声谱密度小于0.5μg/Hz^1/2的微加速度计。     

强震动观测仪器面临的机遇和挑战

本文介绍了国内外强震仪、力平衡加速度计、烈度计、MEMS加速度仪等强震动观测仪器的发展历史与现状,概述了强震动记录中典型异常波形产生的原因和力平衡加速度计的仪器响应误差及校正,建议了解决强震仪器缺陷的措施,分析了强震仪在强震动观测发展中面临的机遇和挑战。研究结果如下:① 进行强震动记录异常波形的研究是有针对性改进现有强震仪存在问题的很好途径;② 早期数字强震仪（力平衡加速度计频带范围0至30Hz）获取的强震动记录应进行仪器校正;③ 应跟踪强震动观测新方法和相关领域新技术,发展MEMS加速度仪和光纤加速度仪等新型仪器。     

新型矿用钻机开孔定向仪的标定及误差补偿技术

为提高煤矿开孔定向的效率和精度,本文首先综述了煤矿井下开孔定向的常用测量方法,并对这些方法的优缺点和发展趋势进行了总结.在此基础上本文提出了 一种基于单轴高精度光纤陀螺寻北系统结合低成本三轴MEMS捷联惯导跟踪系统的新型测量方法.本文介绍了新测量系统的总体结构,重点进行了误差特性分析,确立了确定性误差和随机误差的来源.对于系统确定性误差中的加速度计误差,在常见一次模型的基础上建立了三阶非线性模型,对高阶项进行辨识补偿;同时对确定性误差中的陀螺误差进行建模,对其常值零偏、刻度系数和交叉耦合误差进行辨识补偿.对于系统的随机性误差,对光纤陀螺和MEMS陀螺数据分别进行时间序列分析,基于AIC准则进行模型选择并建立ARMA(2,1)时间序列模型,并采用卡尔曼滤波进行数据处理.设计并进行系统级试验和卡尔曼滤波试验,试验结果表明:所建立的各类误差模型能够有效提高传感器精度和系统级精度,结果满足实际钻孔开孔的需求.