加速度计及加速度计的温度自补偿方法技术

本发明专利技术实施例公开了加速度计及加速度计的温度自补偿方法，包括谐振器、静电力加载模块、敏感质量块、杠杆结构以及接口电路；静电力加载模块包含静电力调控模块、静电力加载装置以及开关；静电力加载装置位述敏感质量块的中心；敏感质量块与谐振器通过杠杆结构连接；谐振器包含谐振梁、驱动电极以及检测电极，驱动电极、检测电极与接口电路相连。本发明专利技术通过引入可调静电力并根据加速度计自身频率温度特性进行温度自补偿，无需外部温度敏感元件，可以克服温度场分布不确定以及热传导的时间延迟导致的温度测量不准确的问题，实现更高精度的温度补偿，从而使加速度计的输出加速度值更加准确。加准确。加准确。

【技术实现步骤摘要】
加速度计及加速度计的温度自补偿方法


[0001]本专利技术涉及计算机
，具体涉及加速度计及加速度计的温度自补偿方法。

技术介绍

[0002]加速度计是微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)中的一种惯性器件，因其测量精度高、灵敏度高等特点受到广泛关注。谐振式加速度计是一种通过检测谐振梁输出频率的变化来敏感运动载体加速度信息的惯性器件，其敏感结构采用MEMS体硅工艺制备，频率信号可直接与数字电路相连，传输过程抗干扰能力强，且动态范围大。
[0003]谐振式加速度计对温度的敏感度很高，器件内部散热和外界温度发生微弱的变化时，都会对器件灵敏度产生影响，进而产生较大的温度漂移。温度对MEMS加速度计产生影响的主要原因包括以下几个方面：
[0004]1、单晶硅杨氏模量具有很强的温度依赖性，直接影响谐振梁的谐振频率。
[0005]2、支撑结构、耦合放大结构的热膨胀作用。
[0006]3、在加工过程中，由于工艺原因所产生的残余应力会随温度的改变而影响传感器的工作状态等等。
[0007]上述这些因素的共同作用会导致敏感变量、弹性系数、阻尼系数、谐振频率等参数随温度发生变化。
[0008]近年来，国内外研究机构针对各自谐振器的特点，采用了不同的温度补偿方法来提高谐振频率的稳定性。具体有如下两方面：
[0009]一方面，从结构层面出发，结构层面的方法有改进结构、优化加工工艺等，该方法缺点是对加工工艺要求高，不可调节且补偿范围小。<br/>[0010]另一方面，从电气层面出发，电气层面的方法包括从源头控温及建模两种方法。一种从源头控温需要给加速度计构建恒温环境，该方法主要缺点为场景受限，增加成本及功耗。另一种建模法主要是对进行温度实验的基础上建立加速度计特性参数的温度模型并对温度系数进行标定，从而实现加速度计的温度补偿。
[0011]然而传统的建模法需要通过外部温度传感器来实现温度补偿，但这种方法存在温度场分布不确定、热传导延迟等问题。在此基础上，采用温度自补偿方法，可以利用传感器自身性质，通过测量两个谐振梁的频率，再进行标定拟合，完成温度补偿，而不需要外部温度传感器。现有的硅微谐振式加速度计温度自补偿方法中，往往需要对加速度、温度两项的系数进行标定，即需要进行矩阵运算，运算量较大，耗时较长。
[0012]综上，目前亟需一种加速度计的温度自补偿技术，用于解决上述现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0013]由于现有方法存在上述问题，本专利技术实施例提出加速度计及加速度计的温度自补偿方法。
[0014]第一方面，本专利技术实施例提供了一种加速度计，包括谐振器、静电力加载模块、敏感质量块、杠杆结构以及接口电路；
[0015]所述静电力加载模块包含静电力调控模块、静电力加载装置以及开关；
[0016]所述静电力调控模块通过所述开关与所述静电力加载装置相连；
[0017]所述静电力加载装置位于所述敏感质量块的中心；
[0018]所述敏感质量块与所述谐振器通过所述杠杆结构连接；
[0019]所述谐振器包含谐振梁、驱动电极以及检测电极，所述驱动电极、所述检测电极与所述接口电路相连；
[0020]所述杠杆结构包含输入梁以及输出梁，所述杠杆结构的输入梁与所述敏感质量块相连，所述杠杆结构的输出梁与所述谐振梁相连。
[0021]进一步地，所述静电力调控模块包括低噪声直流电压产生模块、电压调节模块以及调控信号产生模块；
[0022]所述低噪声直流电压产生模块用于产生驱动电压；
[0023]所述调控信号产生模块用于产生控制信号；
[0024]所述电压调节模块通过所述控制信号调节所述低噪声直流电压产生模块产生的所述驱动电压的大小。
[0025]进一步地，所述静电力加载模块通过所述控制信号确定所述开关的连接方式。
[0026]进一步地，所述静电力加载装置采用梳齿结构；
[0027]所述静电力加载装置包含所述梳齿结构的定齿电极以及动齿电极；
[0028]所述定齿电极通过锚点固定；
[0029]所述动齿电极与所述敏感质量块相连；
[0030]所述动齿电极用于带动所述敏感质量块运动并产生加速度。
[0031]第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于上述第一方面的加速度计的温度自补偿方法，包括：
[0032]获取所述静电力调控模块产生的驱动电压以及所述谐振器的输出频率；
[0033]根据所述驱动电压确定可调静电力；
[0034]根据所述可调静电力以及所述谐振器的输出频率确定所述加速度计进行温度自补偿后的加速度。
[0035]进一步地，所述可调静电力包括第一可调静电力以及第二可调静电力；
[0036]所述第一可调静电力与所述第二可调静电力大小相同，方向相反。
[0037]进一步地，在所述获取所述静电力调控模块产生的驱动电压以及所述谐振器的输出频率之前，还包括：
[0038]建立以所述谐振器的输出频率为因变量，实际待测加速度、所述可调静电力产生的可调静电力加速度以及温度为自变量的关系；其中，所述实际待测加速度、所述可调静电力产生的可调静电力加速度为加速度项；所述加速度项包含加速度项系数；所述温度包含频率温度系数。
[0039]进一步地，所述根据所述可调静电力以及所述谐振器的输出频率确定所述加速度计进行温度自补偿后的加速度，包括：
[0040]根据所述可调静电力以及所述谐振器的输出频率确定所述加速度项系数；
[0041]通过在温控箱中标定拟合得到所述频率温度系数；
[0042]根据所述加速度项系数、所述频率温度系数以及所述谐振器的输出频率确定所述加速度计进行温度自补偿后的加速度。
[0043]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第二方面所述的加速度计的温度自补偿方法。
[0044]第四方面，本专利技术实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述的加速度计的温度自补偿方法。
[0045]由上述技术方案可知，本专利技术实施例提供的加速度计及加速度计的温度自补偿方法通过引入可调静电力并根据加速度计自身频率温度特性进行温度自补偿，无需外部温度敏感元件，可以克服温度场分布不确定以及热传导的时间延迟导致的温度测量不准确的问题，实现更高精度的温度补偿，从而使加速度计的输出加速度值更加准确。
附图说明
[0046]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加速度计，其特征在于，包括谐振器、静电力加载模块、敏感质量块、杠杆结构以及接口电路；所述静电力加载模块包含静电力调控模块、静电力加载装置以及开关；所述静电力调控模块通过所述开关与所述静电力加载装置相连；所述静电力加载装置位于所述敏感质量块的中心；所述敏感质量块与所述谐振器通过所述杠杆结构连接；所述谐振器包含谐振梁、驱动电极以及检测电极，所述驱动电极、所述检测电极与所述接口电路相连；所述杠杆结构包含输入梁以及输出梁，所述杠杆结构的输入梁与所述敏感质量块相连，所述杠杆结构的输出梁与所述谐振梁相连。2.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述静电力调控模块包括低噪声直流电压产生模块、电压调节模块以及调控信号产生模块；所述低噪声直流电压产生模块用于产生驱动电压；所述调控信号产生模块用于产生控制信号；所述电压调节模块通过所述控制信号调节所述低噪声直流电压产生模块产生的所述驱动电压的大小。3.根据权利要求2所述的加速度计，其特征在于，所述静电力加载模块通过所述控制信号确定所述开关的连接方式。4.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述静电力加载装置采用梳齿结构；所述静电力加载装置包含所述梳齿结构的定齿电极以及动齿电极；所述定齿电极通过锚点固定；所述动齿电极与所述敏感质量块相连；所述动齿电极用于带动所述敏感质量块运动并产生加速度。5.一种基于权利要求1至4任一项所述加速度计的温度自补偿方法，其特征在于，包括：获取所述静电力调控模块产生的驱动电压以及所述谐振器的输出频率；根据所述驱动电压确定可调静电力；根据所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹旭东，刘泽畅，熊兴崟，蔡朋成，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：