[发明专利]基于谐振频率的硅微谐振式加速度计在线温度补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于谐振频率的硅微谐振式加速度计在线温度补偿方法，在零加速度情况下标定出两谐振梁谐振频率平方和与其谐振频率差的单调变化关系曲线，然后在输入加速度情况下对两谐振梁谐振频率和谐振频率差进行测量，结合先前获得的关系曲线将温度引起的谐振频率差从测量得到的谐振频率差中减去，完成温度补偿工作。本发明提供的硅微谐振式加速度计温度补偿方法，克服了传统直接温度补偿方法中温度场分布的不确定性和热传导延迟给补偿结果带来较大偏差的缺陷，能够实现实时的、高精度的温度补偿。本发明方法的温度补偿成本低，该方案全部基于FPGA实现，不需要额外增加传感器和引入其它设备，仅利用已有电路器件即可实现。

技术领域

本发明涉及硅微谐振式加速度计技术领域，具体是一种基于谐振频率的硅微谐振式加速度计在线温度补偿方法。

背景技术

硅微谐振式加速度计(Silicon Resonant Accelerator,SRA)是近年发展起来的基于MEMS工艺的新型微机械加速度计，在航空、航天、国防等高技术领域有着广泛的应用。它由检测质量块，谐振器，激振单元和检测单元构成，加速度通过检测质量块挤压或拉伸谐振器，改变其固有频率，激振单元激发谐振器发生谐振，检测单元通过谐振回路检测谐振器的谐振频率，通过测量谐振器频率的变化量来检测载体的加速度的变化。因为谐振梁的弹性模量受温度影响，且硅微器件与基底热膨胀系数不同，所以硅微谐振式加速度计测量精度受温度影响显著。为了补偿温度对测量结果的影响，常用方法是通过外部测温传感器测量硅微器件的环境温度并建立温度补偿模型。由于温度场分布的不确定性和热传导的时间延迟，这种补偿方法效果不佳并且有滞后效应。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于谐振频率的硅微谐振式加速度计在线温度补偿方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种基于谐振频率的硅微谐振式加速度计温度补偿方法，包括以下步骤：

S1：硅微谐振式加速度计有两个谐振梁，分别记为第一谐振梁和第二谐振梁；在零加速度信号输入情况下，在环境温度-40～60℃变化范围内，对硅微谐振式加速度计的两个谐振梁谐振频率进行测量，取得两谐振梁谐振频率平方和随温度变化的单调关系曲线和谐振频率差随温度变化的单调关系曲线；

S2：在零加速度信号输入情况下，标定谐振梁谐振频率平方和与谐振频率差单调变化关系曲线，此时谐振梁的谐振频率差变化值为温度引起的偏移频率；

S3：使用所述硅微谐振式加速度计进行加速度测量，获取第一谐振梁的谐振频率f₁和第二谐振梁的谐振频率f₂，以及此时谐振梁的谐振频率差Δf；

S4：计算第一谐振梁谐振频率f₁和第二谐振梁的谐振频率f₂的平方和，根据步骤S2获得的单调变化曲线得到谐振梁的谐振频率平方和变化值对应的温度偏移频率；

S5：硅微谐振式加速度计谐振梁的谐振频率差是由加速度信号引起的频率差Δf和由温度引起的频率偏移Δf'两部分相加而成，即温度补偿后的第一谐振梁和第二谐振梁的频率差为：

Δf_compensation＝Δf+Δf' (1)

S6：计算被测量的加速度信号a_cc为：

a_cc＝Δf_compensation/S_F (2)

式(2)中S_F为硅微谐振式加速度计的标度因数。

其中，所述步骤S1具体包括如下步骤：

S1.1：在环境温度-40～60℃变化范围内，标定s个温度点；