[实用新型]双电容式微机械加速度传感器及基于其的温度自补偿系统

说明书

技术领域

本实用新型属于加速度测量领域，尤其涉及一种双电容式微机械加速度传感器及基于该传感器的温度自补偿系统，对电容式微机械加速度传感器的温漂性能进行优化和改善。

背景技术

电容式微机械加速度传感器敏感外界的加速度信号，并将加速度信号转换为差分电容的变化，通过差分电容电压转换电路将差分电容的变化转换为电压信号，并经后级的处理电路即可得到输入加速度信号的大小，从而实现对加速度的检测。

由于电容式微机械加速度传感器的关键单元是电容，当温度改变时，电容的结构尺寸、环境中的介电常数、结构中的热致应力和残余应力等均会发生变化，从而引起电容的容值发生改变，即加速度计输出信号的变化，影响加速度计对真实加速度信号的检测。因此，为了降低温度对电容式微机械加速度传感器输出信号的影响，就需要采用有效的温度补偿方法来提高电容式微机械加速度传感器的温度稳定性。

现有的提高电容式微机械加速度传感器温度稳定性的方法包括控制加速度传感器的工作温度、利用温度传感器测得加速度传感器的工作温度并采用公式拟合或模型估计的方法建立零偏和灵敏度的温漂补偿模型、从加速度传感器的结构和工艺上进行优化等多种方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新的双电容式微机械加速度传感器及基于该双电容式微机械加速度传感器的温度自补偿系统，通过合理设计双电容式微机械加速度传感器的尺寸参数和后级处理电路的增益，能够在保证系统灵敏度的同时消除温度对系统输出端信号的影响。

本实用新型所采取的技术方案是提供一种双电容式微机械加速度传感器，其特殊之处在于：包括栅极单元和固定铝电极单元，上述栅极单元包括N个宽栅极以及与宽栅极数量相等的窄栅极；上述固定铝电极单元包括2N个宽固定铝电极以及与宽固定铝电极数量相等的窄固定铝电极；N大于等于1；

上述宽栅极的极板宽度大于窄栅极；

上述宽固定铝电极的极板宽度大于窄固定铝电极；

宽栅极与相对应两个宽固定铝电极构成第一电容，窄栅极与相对应两个窄固定铝电极构成第二电容；

宽栅极和相对应的宽固定铝电极的交叠部分，与窄栅极和相对应的窄固定铝电极的交叠部分的宽度不同。

为了保证质量块的质量均衡，上述N大于等于2，上述宽栅极和窄栅极相互交错。

本实用新型还提供了一种基于双电容式微机械加速度传感器的温度自补偿系统，其特殊之处在于：

包括具有两个输出端的双电容式微机械加速度传感器、第一差分电容电压转换电路、第二差分电容电压转换电路、同相相干解调器、反相相干解调器、第一移相器、第二移相器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、高频载波发生器和自补偿电路；

上述高频载波发生器的输出端分别与双电容式微机械加速度传感器的输入端、第一移相器的输入端、第二移相器的输入端连接；

上述双电容式微机械加速度传感器的两个输出端分别与第一差分电容电压转换电路的输入端、第二差分电容电压转换电路的输入端连接；上述第一差分电容电压转换电路的输出端、第二差分电容电压转换电路的输出端分别与同相相干解调器输入端、反相相干解调器的输入端连接；上述同相相干解调器输入端、反相相干解调器的输入端还分别与第一移相器的输出端、第二移相器的输出端连接；所述同相相干解调器的输出端、反相相干解调器的输出端分别与第一低通滤波器的输入端、第二低通滤波器的输入端连接，上述第一低通滤波器的输出端、第二低通滤波器的输出端与自补偿电路的输入端连接；

上述第一移相器的输出信号和第一差分电容电压转换电路的输出信号同相，第二移相器的输出信号和第二差分电容电压转换电路的输出信号反相。

上述双电容式微机械加速度传感器包括栅极单元和固定铝电极单元，上述栅极单元包括N个宽栅极以及与宽栅极数量相等的窄栅极；上述固定铝电极单元包括2N个宽固定铝电极以及与宽固定铝电极数量相等的窄固定铝电极；N大于等于1；上述宽栅极的极板宽度大于窄栅极；上述宽固定铝电极的极板宽度大于窄固定铝电极；宽栅极与相对应两个宽固定铝电极构成第一电容，窄栅极与相对应两个窄固定铝电极构成第二电容；宽栅极和相对应的宽固定铝电极的交叠部分，与窄栅极和相对应的窄固定铝电极的交叠部分的宽度不同。

优选的，为了保证质量块的质量均衡，上述N大于等于2，上述宽栅极和窄栅极相互交错。

自补偿电路由加法器组成，加法器的输出即为电容式微机械加速度传感器的输出。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：