[發明專利]基于諧振頻率的硅微諧振式加速度計在線溫度補償方法有效

申請號：	201710505734.9	申請日：	2017-06-28
公開（公告）號：	CN107389979B	公開（公告）日：	2019-07-12
發明（設計）人：	李宏生;張婷;彭心悅;黃麗斌	申請（專利權）人：	東南大學
主分類號：	G01P15/097	分類號：	G01P15/097
代理公司：	南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204	代理人：	曾教偉
地址：	210096***	國省代碼：	江蘇;32
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	基于諧振頻率加速度計在線溫度補償方法
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

本發明公開了一種基于諧振頻率的硅微諧振式加速度計在線溫度補償方法，在零加速度情況下標定出兩諧振梁諧振頻率平方和與其諧振頻率差的單調變化關系曲線，然后在輸入加速度情況下對兩諧振梁諧振頻率和諧振頻率差進行測量，結合先前獲得的關系曲線將溫度引起的諧振頻率差從測量得到的諧振頻率差中減去，完成溫度補償工作。本發明提供的硅微諧振式加速度計溫度補償方法，克服了傳統直接溫度補償方法中溫度場分布的不確定性和熱傳導延遲給補償結果帶來較大偏差的缺陷，能夠實現實時的、高精度的溫度補償。本發明方法的溫度補償成本低，該方案全部基于FPGA實現，不需要額外增加傳感器和引入其它設備，僅利用已有電路器件即可實現。

技術領域

本發明涉及硅微諧振式加速度計技術領域，具體是一種基于諧振頻率的硅微諧振式加速度計在線溫度補償方法。

背景技術

硅微諧振式加速度計(Silicon Resonant Accelerator,SRA)是近年發展起來的基于MEMS工藝的新型微機械加速度計，在航空、航天、國防等高技術領域有著廣泛的應用。它由檢測質量塊，諧振器，激振單元和檢測單元構成，加速度通過檢測質量塊擠壓或拉伸諧振器，改變其固有頻率，激振單元激發諧振器發生諧振，檢測單元通過諧振回路檢測諧振器的諧振頻率，通過測量諧振器頻率的變化量來檢測載體的加速度的變化。因為諧振梁的彈性模量受溫度影響，且硅微器件與基底熱膨脹系數不同，所以硅微諧振式加速度計測量精度受溫度影響顯著。為了補償溫度對測量結果的影響，常用方法是通過外部測溫傳感器測量硅微器件的環境溫度并建立溫度補償模型。由于溫度場分布的不確定性和熱傳導的時間延遲，這種補償方法效果不佳并且有滯后效應。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于諧振頻率的硅微諧振式加速度計在線溫度補償方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明的一種基于諧振頻率的硅微諧振式加速度計溫度補償方法，包括以下步驟：

S1：硅微諧振式加速度計有兩個諧振梁，分別記為第一諧振梁和第二諧振梁；在零加速度信號輸入情況下，在環境溫度-40～60℃變化范圍內，對硅微諧振式加速度計的兩個諧振梁諧振頻率進行測量，取得兩諧振梁諧振頻率平方和隨溫度變化的單調關系曲線和諧振頻率差隨溫度變化的單調關系曲線；

S2：在零加速度信號輸入情況下，標定諧振梁諧振頻率平方和與諧振頻率差單調變化關系曲線，此時諧振梁的諧振頻率差變化值為溫度引起的偏移頻率；

S3：使用所述硅微諧振式加速度計進行加速度測量，獲取第一諧振梁的諧振頻率f₁和第二諧振梁的諧振頻率f₂，以及此時諧振梁的諧振頻率差Δf；

S4：計算第一諧振梁諧振頻率f₁和第二諧振梁的諧振頻率f₂的平方和，根據步驟S2獲得的單調變化曲線得到諧振梁的諧振頻率平方和變化值對應的溫度偏移頻率；

S5：硅微諧振式加速度計諧振梁的諧振頻率差是由加速度信號引起的頻率差Δf和由溫度引起的頻率偏移Δf'兩部分相加而成，即溫度補償后的第一諧振梁和第二諧振梁的頻率差為：

Δf_compensation＝Δf+Δf' (1)

S6：計算被測量的加速度信號a_cc為：

a_cc＝Δf_compensation/S_F (2)

式(2)中S_F為硅微諧振式加速度計的標度因數。