[發明專利]基于調整結構補償參數的硅微諧振式加速度計溫度補償算法

有效

• 申請號: 201910011712.6
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN110018330B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 黃麗斌;李文祥;范書聰;李宏生;趙立業
• 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: 王安琪

本發明公開了一種基于調整結構補償參數的硅微諧振式加速度計溫度補償算法，通過公式推導得到硅微諧振式加速度計接口電路的電容電壓增益系數，轉化為硅微諧振式加速度計的振幅至輸出電壓的轉化系數，給出電容電壓增益系數對溫度的敏感度；自動增益控制電路將硅微諧振式加速度計諧振梁的振幅穩定在給定的參考電壓驅動下的振幅，當硅微諧振式加速度計接口電路的電容電壓增益系數隨溫度發生變化，當溫度發生變化時，外圍控制電路對諧振頻率會產生影響，得到諧振頻率與溫度的敏感度；通過適當的設置諧振結構的溫度補償結構參數，達到抑制頻率隨溫度漂移的目標。本發明的溫度補償不需要額外增加傳感器，成本低，不引入其他影響量，補償方法精確可靠。

技術領域

本發明涉及微慣性系統技術領域，尤其是一種基于調整結構補償參數的硅微諧振式加速度計溫度補償算法。

背景技術

加速度計是應用最為廣泛的傳感器之一，而采用MEMS技術的微加速度計由于具有體積小、功耗低、壽命長等優點已經在社會各行各業中得到應用，比如智能手機中裝有微型加速度計，具有更高性能的加速度計則應用在導彈助推、導彈制導等先進武器上。其中硅微諧振式加速度計具有高精度潛力優勢更是成為研究熱門。硅微諧振式加速度計是通過檢測諧振梁的諧振頻率變化來反映加速度的變化，為了抑制溫度、振動等共模信號的干擾，其結構主要采用差分形式，雙諧振器的頻率差值具有溫漂小，可靠性高的優點，輸出信號為數字信號，可直接進入數字系統進行數字處理。雖然理論上差分結構能夠很好地提高諧振式加速度計的性能，但是由于國內硅加工工藝、器件級封裝工藝、結構之間的粘接工藝和其它工藝的不成熟，導致上下諧振器的不對稱，使溫漂系數不同，差分輸出后仍然存在著溫漂。由于溫度的變化不僅會影響材料參數、結構尺寸和殘余應力的變化，同時也會影響外圍控制電路。通過恰當設置結構的溫度補償結構參數，使得結構上對溫度的敏感度和電路上對溫度的敏感度大小相同，方向相反，以達到抑制溫度變化對諧振頻率的影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于調整結構補償參數的硅微諧振式加速度計溫度補償算法，可以實時彌補加速度計驅動檢測電路隨溫度變化造成的誤差，且無需外加傳感器，避免引入其它誤差，大大提高補償精度。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于調整結構補償參數的硅微諧振式加速度計溫度補償算法，包括如下步驟：

(1)根據接口電路建立諧振梁驅動檢測方程，得到諧振式加速度計的接口電路差變電容信號的增益K_C/V；

(2)根據差變電容的增益建立諧振梁振幅對溫度的敏感度，得到K_X/V和

(3)當溫度發生變化時，環形二極管的接口電路的增益K_C/V發生變化，自動增益控制電路為了維持χ恒定的幅值，則相應的振動幅度也會發生變化；通過合理的設置諧振結構的溫度補償結構參數，達到抑制頻率隨溫度漂移的作用。

優選的，步驟(1)中，根據接口電路建立諧振梁驅動檢測方程，得到諧振式加速度計的接口電路差變電容信號的增益K_C/V具體為：

C′₀為檢測端梳齒電容，n′為檢測端梳齒個數；ε為介電常數；l′為無靜電驅動力的情況下檢測端固定梳齒與可動梳齒之間的重合長度；h為梳齒厚度；b為梳齒的寬度；a為交叉梳齒沿水平方向的間距；d為交叉梳齒沿垂直方向的間距；a＞＞d,l′＞＞b，則檢測端電容可以簡化表示為：

ΔC為檢測梳齒端電容變化量，表示可動梳齒的位移呈正弦變化規律；

ΔC＝A_csin ω_a t