[發明專利]一種基于硅微結構分析的MEMS加速度計溫漂誤差估計方法

有效

• 申請號: 202110785860.0
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113392591B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 齊兵;石帥帥;徐陸通;房磊;陳嘉宇;田帥帥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/25;G06N3/00;G06N3/04;G06N3/08;G01P21/00;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張換男

1.一種基于硅微結構分析的MEMS加速度計溫漂誤差估計方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟：

步驟一、獲取用于估計MEMS加速度計溫漂誤差的溫度相關量

MEMS加速度計的傳感電路具有梳齒結構，將MEMS加速度計的傳感電路抽象為由動極板和定極板組成的平板電容，當環境溫度變化時梳齒結構發生結構變形，推演出環境溫度變化前后，即梳齒結構變形前后電容輸出偏差；

基于梳齒結構變形前后電容輸出偏差獲取用于估計MEMS加速度計溫漂誤差的溫度相關量；

所述步驟一的具體過程為：

當環境溫度為T₀時，動極板與定極板的重疊長度為b₀，動極板梳齒和定極板梳齒的厚度均為j₀，動極板梳齒與定極板梳齒的距離為u₀，此時輸出的電容值ΔC₀為：

其中，ε₀為介電常數；

當環境溫度變化為T時，假設需要檢測的載體加速度與環境溫度為T₀時需要檢測的載體加速度大小相同，環境溫度的變化量為ΔT＝T-T₀，則在考慮硅基材料的線性熱膨脹性質的情況下，u₀、j₀、h₀和b₀的值變化為：

其中，u(T)為u₀對應的變化后的值，j(T)為j₀對應的變化后的值，h(T)為h₀對應的變化后的值，h₀是當環境溫度為T₀時，定極板梳齒的寬度，b(T)為b₀對應的變化后的值，α_T為定值；

在考慮硅基材料的線性熱膨脹性質的情況下，傳感電路梳齒結構理論電容值受到溫度影響時的輸出偏差y₁[α(T)]為：

其中，k為靜電力常數，Δu是動極板梳齒與定極板梳齒的距離變化量，Δu＝u(T)-u₀＝u₀α_TΔT；

在考慮硅基材料的非線性熱膨脹性質l(T)＝l₀[1+α(T)]的情況下，其中，l₀為結構的初始長度，α(T)為非線性熱膨脹系數，α(T)×10⁶＝-5.429+2.79×10^-2T-3.226×10^-5T²，l(T)為僅在硅基材料的非線性熱膨脹影響下變化后的結構長度；

由硅基材料的非線性熱膨脹性質引起的傳感電路梳齒結構理論電容值輸出偏差y₂[α(T)]為：

其中，i₀是當環境溫度為T₀時動極板梳齒的長度，n₀是當環境溫度為T₀時動極板長梁的寬度，g₀是當環境溫度為T₀時定極板梳齒長度，m₀是當環境溫度為T₀時動極板梳齒的寬度，e₀是當環境溫度為T₀時定極板梳齒到動極板長梁的距離；

則環境溫度變化前后電容輸出偏差為：

y₁[α(T)]+y₂[α(T)]＝f(ΔT、ΔT²、T、T²)

將ΔT、ΔT²、T和T²作為估計MEMS加速度計溫漂誤差的溫度相關量；

步驟二、基于獲取的溫度相關量構建MEMS加速度計溫漂誤差估計模型

以實測的環境溫度構建環境溫度相關量作為BP神經網絡的輸入，以實測的MEMS加速度計溫漂誤差作為BP神經網絡的輸出，對BP神經網絡進行訓練后，利用訓練好的BP神經網絡對MEMS加速度計溫漂誤差進行估計；

所述BP神經網絡利用crtbp函數完成權值、偏置參數的初始化，利用GA算法對初始化的權值和偏置參數進行選擇、交叉和變異，再利用bs2rv函數對選擇、交叉和變異后的數據進行解碼，將解碼后的數據作為PSO算法的初始化粒子參數；

對PSO算法的輸出進行解碼后，將解碼結果作為BP神經網絡的初始權值和偏置。