[发明专利]基于连续ring-down的谐振式传感器温度补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于连续ring‑down的谐振式传感器温度补偿方法，首先在谐振器闭环自激驱动系统幅度检测环节后，增加幅度比较器和触发器，构建连续ring‑down的系统，以测试ring‑down的时间，表征Q值；然后在全温范围内进行连续ring‑down测试，获取Q值和对应的谐振器频率，并用Q值对频率进行线性拟合，得到频率因为温度误差引起的变化量；最后测量谐振器的频率和Q值，并结合拟合的曲线进行谐振频率的温度补偿。本发明消除了外界温度传感器温度测量点不同，测试的温度存在误差，以及温度下降上升过程中引起的测温滞回效应，提高了谐振器的稳定性。

技术领域

本发明涉及温度补偿技术，特别是涉及一种基于连续ring-down的谐振式传感器温度补偿方法。

背景技术

这几年，MEMS谐振器得到了很多的关注和研究，但MEMS谐振器的谐振频率容易受到温度漂移的影响，这制约了它的实际应用。为了提高MEMS谐振器的温度性能，通常对谐振器的温度误差进行补偿。那么，测温的准确度决定了温度补偿的好坏。

文献一(Lee K I,Takao H,Sawada K,et al.Improvement of thermal responsein temperature controlled precise three-axis accelerometer with stabilizedcharacteristics over a wide temperature range[C]//The,InternationalConference on Solid-State Sensors,Actuators and Microsystems,2005.Digest ofTechnical Papers.Transducers.IEEE,2005:800-803Vol.1.)公开了一种温度测量方法，在组合系统外加入温度测量单元，对传感器的温度误差进行补偿。但是这种基于片外温度传感器的方法，温度传感器与谐振器之间的距离较大，测量精度低。为了减小误差和滞回，对片上测温的研究，如文献二(K ose T,Azgin K,Akin T.Temperature compensation ofa capacitive MEMS accelerometer by using a MEMS oscillator[C]//IEEEInternational Symposium on Inertial Sensors and Systems.IEEE,2016:33-36.)公开了一种基于额外的谐振器作为片内温度传感器的方案。文献三(王帆,董景新,赵淑明.硅微振梁式加速度计的温度检测及闭环控制[J].光学精密工程,2014,22(6):1590-1597.)公开了一种基于溅射额外的金属层作为片内温度传感器的方案，这两种方案虽然在一定程度上减小了测温误差，但是还无法实现零距离测温。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于连续ring-down的谐振式传感器温度补偿方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于连续ring-down的谐振式传感器温度补偿方法，包括如下步骤：

步骤1、构建连续ring-down测试系统：在谐振器闭环自激驱动系统幅度检测环节后，增加幅度比较器和触发器，构建连续ring-down的系统，以测得ring-down的时间，表征Q值；

步骤2、进行连续ring-down测试：在全温范围内进行连续ring-down测试，获取Q值和对应的谐振器频率，并用Q值对频率进行线性拟合，得到频率因为温度误差引起的变化量；

步骤3、Q值温度补偿：测量谐振器的频率和Q值，并结合拟合的曲线进行谐振频率的温度补偿。