[發明專利]一種硅諧振壓力傳感器的補償方法

有效

• 申請號: 201710098516.8
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106932125B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 王軍波;朱林;陳德勇;謝波
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所;中國科學院大學
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明提供了一種硅諧振壓力傳感器的補償方法，利用單片機定時器對硅諧振壓力傳感器進行同步頻率測量，能夠實現同步采集兩個諧振器的頻率，提高了壓力傳感器的測量精度；采用最小二乘支持向量機的非線性模型實現全溫度全壓力范圍內的溫度補償，相比多項式擬合進行溫度補償的方法，提高了壓力傳感器的補償精度；采用最小二乘支持向量機的方法能較好的進行壓力的時間漂移補償，提高了壓力的補償精度。

技術領域

本發明涉及硅諧振壓力傳感器領域，尤其涉及一種硅諧振壓力傳感器的補償方法。

背景技術

MEMS(Micro-electro-mechanical Systems)，即微機電系統，它是二十世紀八十年代伴隨著半導體集成電路微細加工技術與超精密機械加工技術的提高而逐漸發展起來的一門新興科學。硅諧振MEMS壓力傳感器以微機械加工技術為基礎，將諧振器作為敏感結構，外界壓力的變化可以改變傳感器的固有諧振頻率，從而通過測量頻率來反推出壓力。硅諧振MEMS壓力傳感器在線性度、分辨率、穩定性、綜合精度等方面具有很好的特性，而且輸出信號諧振頻率是半數字化的信號，具有較強的抗干擾性。

硅諧振壓力傳感器采用雙諧振器結構，儀表電路用來對硅諧振壓力傳感器諧振器的頻率進行采集，在航空航天等一些應用領域中，外界溫度會發生急劇的變化，若兩個諧振頻率的采集時間有一定間隔，非同步采集的兩個頻率會導致溫度補償的輸出精度大大下降。因此高精度的硅諧振壓力傳感器需要高精度的同步頻率采集儀表電路。

硅諧振壓力傳感器中兩個諧振器的設計尺寸完全一樣，并且具有相同的溫度系數。按照設計，兩個諧振器的固有頻率相減可把溫度對諧振器的影響消除。但是，由于傳感器在實際制作過程當中，不可避免的會存在工藝的誤差，導致兩個諧振器的尺寸不完全相同，兩個諧振器的固有頻率相減便無法消除溫度對諧振器的影響，這樣，傳感器輸出會存在較大的溫度漂移。因此硅諧振壓力傳感器需要進行溫度補償來提高傳感器的綜合精度。另外，由于壓力傳感器器件本身的因素或者組裝方式不當的影響，傳感器輸出的壓力會隨著時間發生一定的漂移，所以硅諧振壓力傳感器需要進行時間漂移的補償。

申請號為2015100146440的專利提出了雙諧振器壓力傳感器的溫度自補償方法，這是采用多項式擬合的方法利用兩個諧振器的頻率來補償得到壓力，但這種方法補償精度不高，并且無法進行時間漂移的補償。

因此現有技術存在非同步采集的兩個諧振梁頻率會導致溫度補償的輸出精度下降，以及傳統的使用多項式擬合來進行溫度補償的方法存在補償精度不高、無法補償時間漂移的問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的主要目的是提供一種硅諧振壓力傳感器的補償方法，采用最小二乘支持向量機對硅諧振壓力傳感器進行溫度補償和時間漂移補償。

(二)技術方案

本發明提供了一種硅諧振壓力傳感器的補償方法，包括：步驟S1：對硅諧振壓力傳感器的雙諧振器結構的諧振頻率進行同步采集，得到標定數據；步驟S2：對所述標定數據進行歸一化處理；步驟S3：建立最小二乘支持向量機的非線性模型并進行初始化；步驟S4：使用歸一化后的標定數據對所述最小二乘支持向量機的非線性模型進行參數優化；步驟S5：采用優化后的參數訓練所述最小二乘支持向量機的非線性模型，得到訓練后的最小二乘支持向量機的非線性模型；步驟S6：利用所述訓練后的最小二乘支持向量機的非線性模型，得到硅諧振壓力傳感器溫度補償后的壓力值。

優選地，所述步驟S1包括：子步驟S1a：在硅諧振壓力傳感器的全溫度范圍內選定i個溫度標定點，其中i≥3；子步驟S1b：在硅諧振壓力傳感器的全壓力范圍內選定j個壓力標定點，其中j≥3；子步驟S1c：分別在每個溫度標定點、每個壓力標定點下同步測量兩個諧振器結構的諧振頻率，分別得到第一諧振器的頻率和第二諧振器的頻率。