【技术实现步骤摘要】
本申请实施例涉及传感器检测领域，特别涉及一种mems传感器自校准系统和自校准方法。
技术介绍
1、随着科技的飞速发展，微机电系统（mems）传感器作为微型化、集成化、智能化的关键元件，在消费电子、汽车电子、工业自动化、航空航天及医疗健康等众多领域展现出广泛的应用前景。其中，mems传感器作为监测物体运动状态、姿态变化及振动分析的重要工具，其性能的稳定性和准确性直接关系到整个系统的可靠性和精度。
2、在实际应用中，mems传感器往往会受到环境温度变化、机械应力、电磁干扰以及长时间使用导致的老化效应等多种因素的影响，这些因素都可能引起传感器输出信号的漂移或失真，进而影响其测量精度。传统的传感器校准方法通常需要在特定的实验室环境中进行，不仅耗时耗力，而且难以实时反映传感器在复杂多变工作环境中的实际性能变化。鉴于此，开发一种能够实现mems传感器自检自标定的方法或设备显得尤为重要。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种mems传感器自校准系统和自校准方法，解决mems传感器无法自标定和自检的问题。
2、一方面，本申请提供一种mems传感器自校准系统，所述系统包括激励信号模块、mems传感器和mcu芯片；所述激励信号模块连接mcu芯片，根据控制信号输出不同的激励信号，所述激励信号送入至mems传感器，控制mems传感器内部梳齿电容的电容值；所述mcu芯片采集mems传感器的信号值，并进行信号矫正输出；
3、所述mcu获取各激励信号在对应梳齿电容值下输出的
4、在正常工作模式下，所述mcu获取mems传感器的实测信号值，并基于更新后自检增益计算输出校准信号值。
5、具体的，所述激励信号模块包括多组呈梯度变化的激励信号源和开关电路，所有激励信号源接入开关电路中的对应信号开关，所有信号开关的汇聚端为激励信号输出端，并连接至mems传感器；所述开关电路基于mcu芯片的控制信号控制输出目标激励信号。
6、具体的，所述mcu芯片中设置有激励信号控制模块和时序逻辑状态机，当系统上电初始化时，时序逻辑状态机根据设定时序逻辑控制激励信号控制模块输出控制信号，并采集输出数据。
7、具体的，所述mcu芯片还包括差分运放模块、adc转换模块和出厂增益模块；
8、所述差分运模块连接mems传感器的信号输出端，并通过adc转换模块进行数据转换，获得实测数据；
9、所述出厂增益模块中存储有mems传感器在原始自检增益下对传感器灵敏度系数进行校准得到的出厂增益；所述出厂增益模块根据出厂增益和实测数据的乘积得到校准信号值。
10、具体的，所述mcu芯片还包括线性计算电路和自检增益模块，所述线性计算电路基于时序逻辑状态机提取校准数据，并采集实际信号值，根据校准数据和实际信号值进行线性度比较和计算自检增益值；所述校准数据为出厂阶段设置并烧录到mcu芯片中；
11、所述自检增益模块基于线性计算电路的输出更新自检增益值；在正常工作模式，基于实际信号值和更新后自检增益值的乘积输出校准信号值。
12、另一方面，本申请提供一种mems传感器，所述mems传感器用于上述各方面所述的mems传感器自校准系统，包括梳齿弹簧件和若干梳齿固定件，梳齿固定件分布在梳齿弹簧件的两侧；梳齿固定件和梳齿弹簧件的梳齿部分交叉分布，形成梳齿电容；在梳齿固定件的尾端汇聚形成电信号端输出端子，作为mems传感器输出的信号值；
13、在梳柄弹簧件的两端部分别安装磁头，在远离磁头位置设置有微型电磁铁，且在微型电磁铁上缠绕有绕组；两个绕组分别输入激励信号，在电磁力作用下控制梳齿弹簧件产生位移，改变mems传感器内部梳齿电容的电容值。
14、具体的，所述梳柄弹簧件包括轴心的梳柄和对称分布在梳柄两侧的梳齿结构；
15、在梳柄的两端还分别安装有预设长度的绝缘结构件，磁头安装在绝缘结构件的端部。
16、又一方面，本申请提供一种mems传感器自校准方法，所述方法用于校准上述各方面所述的mems传感器，所述方法包括：
17、上电初始化，向mems传感器的两个绕组端输入目标激励信号，并通过mcu芯片采集目标激励信号对应的校准信号值；
18、将采集的实际信号值和预存的校准信号值进行比较，计算漂移误差；
19、响应于所述漂移误差在预设误差范围，对校准信号值进行线性度分析，计算获得动态的自检增益值，并进行更新；
20、进入正常工作测量模式，基于mems传感器采集的实测信号值与更新后自检增益值的乘积确定为校准信号值并输出。
21、具体的，依次向mems传感器输入的n组梯度变化的目标激励信号，采集对应输出的实际信号值；
22、获取n组目标激励信号作用下采集的实际信号值与预存对应的校准数据，并进行比较，计算n组漂移误差；当n组漂移误差全部在设定误差范围以内时，启动数据校准机制；当存在至少一组漂移误差超过误差范围以上时，进行报错处理。
23、具体的，当启动数据校准机制时，基于校准数据和实际信号值的比值计算出动态的自检增益值；
24、将计算的n组自检增益值分别与出厂增益值进行比较，计算n组增益误差，在n组增益误差都在设定误差范围以内时，将n组自检增益的均值确定为更新后的自检增益；当存在至少一组增益误差超过误差范围及以上时，进行报错处理。
25、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：通过在传统传感器内部梳齿弹簧件的两端加装微型电磁铁结构，能够在外部施加激励信号改变梳齿电容，在内置自检测电路和微型mcu芯片的配合下，使传感器能够在工作过程中自动进行性能评估与校准，无需外部设备或人工干预，即可确保传感器输出数据的准确性和稳定性。这不仅能够显著降低传感器的维护成本，提高系统的自动化水平，还能显著提升产品的市场竞争力，满足现代工业对高精度、高可靠性传感器的迫切需求。
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1.一种MEMS传感器自校准系统，其特征在于，所述系统包括激励信号模块、MEMS传感器和MCU芯片；所述激励信号模块连接MCU芯片，根据控制信号输出不同的激励信号，所述激励信号送入至MEMS传感器，控制MEMS传感器内部梳齿电容的电容值；所述MCU芯片采集MEMS传感器的信号值，并进行信号矫正输出；
2.根据权利要求1所述的MEMS传感器自校准系统，其特征在于，所述激励信号模块包括多组呈梯度变化的激励信号源和开关电路，所有激励信号源接入开关电路中的对应信号开关，所有信号开关的汇聚端为激励信号输出端，并连接至MEMS传感器；所述开关电路基于MCU芯片的控制信号控制输出目标激励信号。
3.根据权利要求2所述的MEMS传感器自校准系统，其特征在于，所述MCU芯片中设置有激励信号控制模块和时序逻辑状态机，当系统上电初始化时，时序逻辑状态机根据设定时序逻辑控制激励信号控制模块输出控制信号，并采集输出数据。
4.根据权利要求3所述的MEMS传感器自校准系统，其特征在于，所述MCU芯片还包括差分运放模块、ADC转换模块和出厂增益模块；
5.根据权
6.一种MEMS传感器，其特征在于，所述MEMS传感器用于权利要求1-5任一所述的MEMS传感器自校准系统，包括梳齿弹簧件和若干梳齿固定件，梳齿固定件分布在梳齿弹簧件的两侧；梳齿固定件和梳齿弹簧件的梳齿部分交叉分布，形成梳齿电容；在所有梳齿的尾端汇聚形成电信号出，并作为MEMS传感器输出的信号值；
7.根据权利要求6所述的MEMS传感器，其特征在于，所述梳齿弹簧件包括轴心的梳柄和对称分布在梳柄两侧的梳齿结构；
8.一种MEMS传感器自校准方法，其特征在于，所述方法用于校准权利要求6或7所述的MEMS传感器，所述方法包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，依次向MEMS传感器输入的N组梯度变化的目标激励信号，采集对应输出的实际信号值；
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当启动数据校准机制时，基于校准数据和实际信号值的比值计算出动态的自检增益值；
...【技术特征摘要】
1.一种mems传感器自校准系统，其特征在于，所述系统包括激励信号模块、mems传感器和mcu芯片；所述激励信号模块连接mcu芯片，根据控制信号输出不同的激励信号，所述激励信号送入至mems传感器，控制mems传感器内部梳齿电容的电容值；所述mcu芯片采集mems传感器的信号值，并进行信号矫正输出；
2.根据权利要求1所述的mems传感器自校准系统，其特征在于，所述激励信号模块包括多组呈梯度变化的激励信号源和开关电路，所有激励信号源接入开关电路中的对应信号开关，所有信号开关的汇聚端为激励信号输出端，并连接至mems传感器；所述开关电路基于mcu芯片的控制信号控制输出目标激励信号。
3.根据权利要求2所述的mems传感器自校准系统，其特征在于，所述mcu芯片中设置有激励信号控制模块和时序逻辑状态机，当系统上电初始化时，时序逻辑状态机根据设定时序逻辑控制激励信号控制模块输出控制信号，并采集输出数据。
4.根据权利要求3所述的mems传感器自校准系统，其特征在于，所述mcu芯片还包括差分运放模块、adc转换模块和出厂增益模块；
5.根据权利要求4所述的mems传感器自校准系统，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹海春，郑茳，肖佐楠，匡启和，
申请(专利权)人：无锡国芯微高新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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