[發(fā)明專利]基于寄生電阻的電容式微機(jī)械加速度計(jì)相移溫度補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510058279.3
• 申請(qǐng)日: 2015-02-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104678126B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉義冬;李丹;金仲和
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P15/125
• 分類號(hào): G01P15/125
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

本發(fā)明涉及一種基于寄生電阻的電容式微機(jī)械加速度計(jì)相移溫度補(bǔ)償方法。電容式微機(jī)械加速度計(jì)存在一定的串聯(lián)寄生電阻，在采用載波調(diào)制方式檢測(cè)電容變化并進(jìn)行正交解調(diào)后，可以同時(shí)得到幅度信息和相位偏移信息，幅度信息表征加速度大小并受溫度影響，而相位偏移主要受寄生電阻的溫度漂移影響，因此可以能夠有效的利用解調(diào)之后的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償，降低系統(tǒng)的溫度靈敏度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)不需要增加額外的溫度補(bǔ)償電路，減小了面積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空航天領(lǐng)域高精度慣性元件的的溫度補(bǔ)償研究領(lǐng)域。涉及一種基于MEMS寄生電阻的電容式微機(jī)械加速度計(jì)相移溫度補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

微機(jī)械加速度計(jì)是一種以微機(jī)械制造技術(shù)制作加工而成的加速度計(jì)，相比于其他類型的加速度計(jì)，電容式微機(jī)械加速度計(jì)由于其具有體積小、重量輕、可靠性好、功耗低、檢測(cè)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在慣性導(dǎo)航領(lǐng)域得到了廣泛的重視和應(yīng)用，成為了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中不可缺少的器件；因此微機(jī)械加速度計(jì)的精度將直接影響慣性導(dǎo)航的精度，而微機(jī)械加速度計(jì)的精度除了受到敏感元件的制造工藝、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等本身的性能影響外，測(cè)試時(shí)所處的環(huán)境因素也會(huì)影響其測(cè)試精度。在諸多的環(huán)境因素中，溫度變化對(duì)系統(tǒng)的影響尤為突出。為了使微機(jī)械加速度計(jì)滿足更廣泛的應(yīng)用需求，就需要保證加速度計(jì)在溫度變化的情況下始終能夠保持很高的加速度檢測(cè)精度和穩(wěn)定性。

對(duì)于硅微加速度計(jì)而言，溫度對(duì)系統(tǒng)的影響主要有兩個(gè)方面：敏感元件和檢測(cè)電路。對(duì)于敏感元件而言主要表現(xiàn)在：(1)敏感元件的楊氏模量會(huì)隨溫度變化，從而致彈性系數(shù)發(fā)生變化，影響系統(tǒng)的諧振頻率；(2)敏感元件封裝管殼內(nèi)的空氣受溫度影響，從而使得器件的阻尼系數(shù)發(fā)生改變；(3)不同材料的熱膨脹系數(shù)不同將使得兩種材料的交界面上產(chǎn)生熱應(yīng)力，這個(gè)熱應(yīng)力的存在將改變加速度計(jì)的機(jī)械特性。在檢測(cè)電路方面，主要包括電阻電容等無(wú)源器件以及運(yùn)算放大器、ADC、DAC等有源器件隨溫度的變化。以上種種與溫度有關(guān)的因素都會(huì)影響著加速度計(jì)系統(tǒng)的溫度特性，惡化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

現(xiàn)有技術(shù)中，降低溫度對(duì)加速度計(jì)系統(tǒng)精度的影響主要有四種方法：(1)研制出對(duì)溫度不敏感的器件；

(2)在結(jié)構(gòu)中增加負(fù)溫度系數(shù)的材料、元件，補(bǔ)償溫度對(duì)加速度計(jì)器件精度的影響；(3)改善測(cè)試環(huán)境的溫度，或采用一定的手段強(qiáng)行使得加速度計(jì)器件的測(cè)試環(huán)境溫度保持恒定；(4)有計(jì)劃的改變加速度計(jì)系統(tǒng)測(cè)試期間的環(huán)境溫度，研究不同溫度下加速度計(jì)系統(tǒng)的輸出特性，辨識(shí)出加速度計(jì)器件的靜動(dòng)態(tài)溫度模型，從而采用硬件或軟件的方法進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度補(bǔ)償。對(duì)于已經(jīng)加工完成的加速度計(jì)器件，方法一和方法二儼然不能達(dá)到改善溫度特性的目的；而方法三通常需要高精度的控溫設(shè)備，不僅占用體積還增加了功耗；方法四相對(duì)來(lái)說(shuō)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是需要設(shè)計(jì)額外的電路來(lái)加以實(shí)現(xiàn)，占用了面積，限制了系統(tǒng)的小型化。

本發(fā)明的目的在于提出一種基于寄生電阻的電容式微機(jī)械加速度計(jì)相移溫度補(bǔ)償方法，該方法克服現(xiàn)有溫度補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)時(shí)性、精確性及復(fù)雜性等不足之處，提供了一種基于微機(jī)械傳感器敏感元件寄生電阻的溫度補(bǔ)償方法，該方法主要考慮到了MEMS寄生電阻對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)電路幅度和相移的影響。利用系統(tǒng)檢測(cè)電路的相移來(lái)檢測(cè)溫度變化，從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償。由于通過(guò)正交解調(diào)后，可直接同時(shí)獲得幅度信息和相移信息，因此該方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，在電路上不占用額外的面積，且能實(shí)時(shí)直接獲取敏感器的準(zhǔn)確溫度信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：為了克服現(xiàn)有溫度補(bǔ)償技術(shù)的不足之處，提供了一種基于MEMS寄生電阻的電容式微機(jī)械加速度計(jì)相移溫度補(bǔ)償方法，

一種基于MEMS寄生電阻的電容式微機(jī)械加速度計(jì)相移溫度補(bǔ)償方法包括下列步驟：

1)考慮了MEMS寄生電阻，對(duì)模擬檢測(cè)電路進(jìn)行分析，得到模擬檢測(cè)電路所產(chǎn)生的幅度和相移與MEMS寄生電阻的關(guān)系；