[发明专利]一种微机械加速度计控制方法及装置在审

专利信息
申请号: 201810503868.1 申请日: 2018-05-23
公开(公告)号: CN108803473A 公开(公告)日: 2018-11-13
发明(设计)人: 吴海斌;郑旭东;金仲和;马志鹏;林一羽 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: G05B19/05 分类号: G05B19/05;G01P15/00
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 郑海峰
地址: 310058 浙江*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 微机械加速度计 驱动电极 闭环反馈控制 注入调制信号 施加 余弦 调谐 调谐控制信号 调制解调模块 非线性调谐 加速度闭环 加速度测量 测量模块 调谐电压 高频载波 输出信号 线性调谐 谐振频率
【说明书】:

发明公开了一种微机械加速度计控制方法及装置,该方法包括适用于具有驱动电极结构和调谐结构的微机械加速度计,本发明将一定频率的余弦注入调制信号施加到微机械加速度计的驱动电极上,固定调谐电压施加到非线性调谐结构上,将微机械加速度计经过高频载波调制解调模块后的输出信号一路通过频率自调节模块得到调谐控制信号并施加在线性调谐结构上,另一路通过加速度闭环测量模块得到外界输入加速度大小并且形成闭环反馈控制信号,所形成的闭环反馈控制信号和一定频率的余弦注入调制信号一起共同作用到驱动电极上。本发明可以实现任意控制微机械加速度计的谐振频率大小,同时不影响加速度测量,能有效提高微机械加速度计的稳定性和精度。

技术领域

本发明涉及微机械加速度计,尤其涉及一种微机械加速度计控制方法及装置。

背景技术

微机械加速度计是一种基于硅微加工技术的用于测量加速度信息的惯性传感器,具有低功耗、与集成电路兼容等优点,在民用领域已经获得广泛应用。尤其在军用领域,高精度的微机械加速度计可以准确提供导弹、火箭等的加速度、速度等信息,满足导航与制导控制要求。

高精度的微机械加速度计通常可以通过提高微机械加速度计的灵敏度来达到,也就要求微机械加速度计的弹性系数或者谐振工作频率很低。这可以在设计的时候,通过结构上显著降低微机械加速度计的弹性梁的弹性系数或者结构上设计各类调谐结构并后续电路上直接加固定调谐电压来形成负等效弹性系数。基于这些原理的低谐振频率的高精度微机械加速度计已经取得了很多研究成果。

但是这些高精度的微机械加速度计只能在理论上达到很低的谐振频率,在实际加工以及使用过程中难以实现预期的高精度性能,这主要受限于以下几方面原因:1)实际加工制作工艺存在一定加工误差以及缺陷,难以制作更小的梁宽的低弹性系数的弹性梁,这是无法避免的;2)微机械加速度计的使用过程是一个正负温差很大的温度范围,这会造成硅材料的杨氏模量变化显著,从而改变机械结构的弹性系数,让微机械加速度计原有的谐振频率发生漂移。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足,为微机械加速度计提供一种微机械加速度计控制方法及装置。

本发明的具体方案如下:

本发明首先公开了一种微机械加速度计控制方法,微机械加速度计具有驱动电极结构和混合调谐结构,混合调谐结构包括线性调谐结构和非线性调谐结构(一般的微机械加速度计不一定全部具有驱动电极结构、调谐结构,但是可以在一般的微机械加速度计上增加这些结构,这些增加的结构都是现有技术),工作在加速度测量闭环的模式上;余弦注入调制信号(余弦注入调制信号的频率要大于微机械加速度计的工作带宽要求)施加到微机械加速度计的驱动电极上,固定调谐电压施加到非线性调谐结构上,将微机械加速度计经过高频载波调制解调模块后的输出信号一路通过频率自调节模块得到调谐控制信号并施加在线性调谐结构上,另一路通过加速度闭环测量模块得到外界输入加速度大小并且形成闭环反馈控制信号,所形成的闭环反馈控制信号和一定频率的余弦注入调制信号一起共同作用到驱动电极上,从而可以通过频率自调节模块使处于闭环模式下的微机械加速度计稳定工作在恒定的谐振频率上。

优选的,控制方法的步骤如下:

1)可编程逻辑器件芯片产生单一固定频率的余弦注入调制信号施加到微机械加速度计的驱动电极上,同时产生固定调谐电压施加到非线性调谐结构上;

2)微机械加速度计的输出信号经过高频载波调制解调模块后,分别输入至频率自调节模块和加速度闭环测量模块;

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