[發明專利]一種MEMS陀螺結構關鍵參數自動測試方法

有效

• 申請號: 201410554776.8
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN105571612B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 崔健;林夢娜;王曉磊;郭中洋;楊軍
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

本發明是一種用于MEMS陀螺結構關鍵參數自動測試方法。所述方法包括如下步驟：步驟1)在MEMS陀螺驅動模態的驅動結構電極上施加白噪聲電壓激勵產生驅動力；步驟2)將MEMS陀螺驅動模態的振動拾取結構電極連接前置讀出電路；所述響應曲線采集到數字信號處理器中進行FFT處理，獲得驅動模態的諧振頻率f_d；步驟3)以步驟2)得到的諧振頻率f_d構造正弦波，施加在驅動模態的驅動結構電極上，在確定陀螺起振后，采集驅動模態和檢測模態前置讀出電路的輸出電壓，獲得耦合比；步驟4)撤除正弦波激勵，由衰減曲線計算出驅動模態的品質因數Q_d。可以自動測試諧振頻率、品質因數和耦合電壓比、位移比等結構關鍵參數。

技術領域

本發明涉及一種自動測試方法，特別是關于一種MEMS陀螺結構關鍵參數的自動測試方法。

技術背景

MEMS陀螺是用微電子工藝加工的特征尺寸在微米量級的器件，具有體積小、成本低、適于批量加工和易于與ASIC集成的優點。MEMS陀螺含有振動結構，其諧振頻率、品質因數Q及耦合量等結構關鍵參數都會影響器件的整體性能。在儀表總成之前，需要對MEMS陀螺表頭進行篩選，對結構進行關鍵參數測試，確定陀螺表頭的基本性能。除常溫測試外，還需要在變溫以及變封裝氣壓的條件下對這些結構關鍵參數進行測試以考察表頭的溫變和壓變特性。MEMS陀螺包含兩個工作模態，即驅動模態和檢測模態，每一模態均需要測試諧振頻率和品質因數Q。

通常的測試方法是人工采用動態信號分析儀對陀螺表頭的每個模態分別進行掃頻，獲得其幅頻和相頻響應曲線，由響應曲線計算出陀螺表頭每個模態的諧振頻率和品質因數Q。該方法適用于品質因數較低的陀螺，若陀螺品質因數較高，為達到測試精度，需要增加掃頻點數以確保頻率分辨率足夠高，而增加掃頻點數會大大延長掃頻測試時間，并對系統硬件提出了更高要求。同時該方法在測試過程中還需要進行調試、換線等操作，測試時間長且需要人工介入。

在變溫條件下，如從-40℃到+85℃，變溫速率為1℃/min,每一溫度點都需要對結構關鍵參數進行測試，需要頻繁的進行數據調試、更換測試連接線路，將耗費巨大的工作量，需要測試人員中途進行監控，否則會遺漏某一溫度點測試，測試效率不高。不能實現自動高效的測量。

發明內容

發明目的

針對上述問題，本發明提供一種用于MEMS陀螺結構關鍵參數的自動測試方法，在保證測試精度的基礎上，能夠擺脫人工實時監控，提高測試效率。

技術方案

本發明是一種MEMS陀螺結構關鍵參數自動測試方法，適用于包含兩個工作模態結構MEMS陀螺的結構關鍵參數的測試，所述兩個工作模態結構為驅動模態結構和檢測模態結構；所述驅動模態結構包括驅動模態驅動結構、驅動模態振動結構和驅動模態振動拾取結構；所述檢測模態結構包括檢測模態驅動結構、檢測模態振動結構和檢測模態振動拾取結構；所述結構關鍵參數包括：驅動模態的諧振頻率f_d、驅動模態的品質因數Q_d、驅動模態和檢測模態的耦合電壓比；

其中，所述方法包括如下步驟：

步驟1)在MEMS陀螺驅動模態的驅動結構電極上施加白噪聲電壓激勵產生驅動力；

步驟2)將MEMS陀螺驅動模態的振動拾取結構電極連接前置讀出電路；讀出電路讀取陀螺輸出的電壓變化量，獲得陀螺驅動模態的響應曲線；所述響應曲線采集到數字信號處理器中進行FFT處理，獲得驅動模態的諧振頻率f_d；

步驟3)以步驟2)得到的諧振頻率f_d構造正弦波，施加在驅動模態的驅動結構電極上，在確定陀螺起振后，采集驅動模態和檢測模態前置讀出電路的輸出電壓，獲得耦合比；

步驟4)撤除正弦波激勵，由衰減曲線計算出驅動模態的品質因數Q_d；