[发明专利]基于调整结构补偿参数的硅微谐振式加速度计温度补偿算法

说明书

本发明公开了一种基于调整结构补偿参数的硅微谐振式加速度计温度补偿算法，通过公式推导得到硅微谐振式加速度计接口电路的电容电压增益系数，转化为硅微谐振式加速度计的振幅至输出电压的转化系数，给出电容电压增益系数对温度的敏感度；自动增益控制电路将硅微谐振式加速度计谐振梁的振幅稳定在给定的参考电压驱动下的振幅，当硅微谐振式加速度计接口电路的电容电压增益系数随温度发生变化，当温度发生变化时，外围控制电路对谐振频率会产生影响，得到谐振频率与温度的敏感度；通过适当的设置谐振结构的温度补偿结构参数，达到抑制频率随温度漂移的目标。本发明的温度补偿不需要额外增加传感器，成本低，不引入其他影响量，补偿方法精确可靠。

技术领域

本发明涉及微惯性系统技术领域，尤其是一种基于调整结构补偿参数的硅微谐振式加速度计温度补偿算法。

背景技术

加速度计是应用最为广泛的传感器之一，而采用MEMS技术的微加速度计由于具有体积小、功耗低、寿命长等优点已经在社会各行各业中得到应用，比如智能手机中装有微型加速度计，具有更高性能的加速度计则应用在导弹助推、导弹制导等先进武器上。其中硅微谐振式加速度计具有高精度潜力优势更是成为研究热门。硅微谐振式加速度计是通过检测谐振梁的谐振频率变化来反映加速度的变化，为了抑制温度、振动等共模信号的干扰，其结构主要采用差分形式，双谐振器的频率差值具有温漂小，可靠性高的优点，输出信号为数字信号，可直接进入数字系统进行数字处理。虽然理论上差分结构能够很好地提高谐振式加速度计的性能，但是由于国内硅加工工艺、器件级封装工艺、结构之间的粘接工艺和其它工艺的不成熟，导致上下谐振器的不对称，使温漂系数不同，差分输出后仍然存在着温漂。由于温度的变化不仅会影响材料参数、结构尺寸和残余应力的变化，同时也会影响外围控制电路。通过恰当设置结构的温度补偿结构参数，使得结构上对温度的敏感度和电路上对温度的敏感度大小相同，方向相反，以达到抑制温度变化对谐振频率的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于调整结构补偿参数的硅微谐振式加速度计温度补偿算法，可以实时弥补加速度计驱动检测电路随温度变化造成的误差，且无需外加传感器，避免引入其它误差，大大提高补偿精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于调整结构补偿参数的硅微谐振式加速度计温度补偿算法，包括如下步骤：

(1)根据接口电路建立谐振梁驱动检测方程，得到谐振式加速度计的接口电路差变电容信号的增益K_C/V；

(2)根据差变电容的增益建立谐振梁振幅对温度的敏感度，得到K_X/V和

(3)当温度发生变化时，环形二极管的接口电路的增益K_C/V发生变化，自动增益控制电路为了维持χ恒定的幅值，则相应的振动幅度也会发生变化；通过合理的设置谐振结构的温度补偿结构参数，达到抑制频率随温度漂移的作用。

优选的，步骤(1)中，根据接口电路建立谐振梁驱动检测方程，得到谐振式加速度计的接口电路差变电容信号的增益K_C/V具体为：

C′₀为检测端梳齿电容，n′为检测端梳齿个数；ε为介电常数；l′为无静电驱动力的情况下检测端固定梳齿与可动梳齿之间的重合长度；h为梳齿厚度；b为梳齿的宽度；a为交叉梳齿沿水平方向的间距；d为交叉梳齿沿垂直方向的间距；a＞＞d,l′＞＞b，则检测端电容可以简化表示为：

ΔC为检测梳齿端电容变化量，表示可动梳齿的位移呈正弦变化规律；

ΔC＝A_csin ω_a t