量程可调式MEMS加速度计的参数标定方法技术

本发明专利技术涉及一种量程可调式MEMS加速度计的参数标定方法，用于对由敏感结构和包括两个补偿电容的ASIC电路组成的MEMS加速度计进行标度因数以及补偿电容的标定，其利用加速度计敏感结构的电容变化与输入加速度间的线性关系，分别在加速度为-0g、0g、-1g和1g的四个状态时采集数据，并拟合出补偿电容与相关参数的二阶曲线关系，从而预测期望参数所对应的一系列外部电容值，达到参数标定的目的。本发明专利技术的自动标定方案使得实际参数与目标参数之间偏离降至最低，解决了人工标定效率低、精度差的问题，该方法尤其适合商业化的批量生产，其标定速度快、精度高、可操作性强，误差小，可以推广至绝大多数采用通用电容读取芯片的加速度计的参数标定。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种量程可调式MEMS加速度计的参数标定方法，用于对由敏感结构和包括两个补偿电容的ASIC电路组成的MEMS加速度计进行标度因数以及补偿电容的标定，其利用加速度计敏感结构的电容变化与输入加速度间的线性关系，分别在加速度为-0g、0g、-1g和1g的四个状态时采集数据，并拟合出补偿电容与相关参数的二阶曲线关系，从而预测期望参数所对应的一系列外部电容值，达到参数标定的目的。本专利技术的自动标定方案使得实际参数与目标参数之间偏离降至最低，解决了人工标定效率低、精度差的问题，该方法尤其适合商业化的批量生产，其标定速度快、精度高、可操作性强，误差小，可以推广至绝大多数采用通用电容读取芯片的加速度计的参数标定。【专利说明】量程可调式MEMS加速度计的参数标定方法
本专利技术涉及一种加速度计的参数标定方法。
技术介绍
由于MEMS工艺限制，生产的加速度计个体间，结构均存在不同程度偏差，在交付用户之前需要对其标定零位偏置、标度因数等相关参数，以确保量程、测量精度等符合用户需求。目前对于量程可调式MEMS加速度计来说，只存在一些的参数辨识方案，如《加速度计的六位置标定》和专利《正交双高精度加速度计的标定方法》等，其主要目的只是对加速度计的零位偏置、标度因数、误差等系数等进行辨识，而不是对其进行更改和设置，故尚无高精度、高效率的加速度计自动标定方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够高效率、高精度地对量程可调式的MEMS加速度计进行参数标定的方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是:一种量程可调式MEMS加速度计的参数标定方法，用于对由敏感结构和包括两个补偿电容的ASIC电路组成的MEMS加速度计进行标度因数以及补偿电容的标定，其包括(I)分别在所述的加速度计的输入加速度为Ig和-1g时，采集所述的加速度计在所述的ASIC电路的一组特定增益下的一组输出，所述的特定增益由一可变电容控制，即采集所述的加速度计在所述的可变电容的一组电容值下的一组输出；根据所获得的所述的加速度计的两组输出得到所述的加速度计在一组所述的电容值下的一组标度因数，且得到由所述的标度因数和所述的电容值对应构成的一组数据对；根据一组所述的数据对以及所述的标度因数和所述的电容值所满足的二阶模型进行拟合，获得所述的二阶模型中的系数，从而确定所述的标度因数和所述的电容值之间的曲线关系式；假设所期望的标度因数并将其带入所述的标度因数和所述的电容值之间的曲线关系式中，求解得到所述的可变电容的电容值的有效根，据此可变电容的电容值的有效根而完成所述的标度因数的标定；(2)分别在所述的加速度计的输入加速度为Og和-Og时，取若干组两个所述的补偿电容的取值组合，采集所述的加速度计在若干组补偿电容的取值组合下的一组输出；根据所述的ASIC电路的传递函数以及所获得的所述的加速度计的两组输出得到两个所述的加速度计分别在输入加速度为Og和-Og时的输出电容差，并对两个在输入加速度为Og和-Og时的输出电容差求平均值而得到所述的加速度计的输出电容差；令所述的ASIC电路的传递函数中加速度计的输出为O并根据和所述的加速度计的输出电容差求得两个所述的补偿电容的电容值的关系，再分别令一个所述的补偿电容的电容值为O时求解另一个所述的补偿电容的电容值，从而完成所述的补偿电容的标定。所述的步骤(I)中，所述的可变电容的一组电容值在所述的可变电容的变化范围内，以一固定间隔取值而获得。所述的步骤(I)中，所述的加速度计的输入加速度分别为Ig和-1g即使待标定的所述的加速度计的输入轴方向向量与Ig或-1g重力场方向向量平行且同向；所述的步骤(2)中，所述的加速度计的输入加速度分别为Og和-Og即使待标定的所述的加速度计的输入轴方向向量与Og或-Og重力场方向向量平行且同向。所述的步骤(I)中，根据所获得的所述的加速度计的两组输出得到所述的加速度计在一组所述的电容值下的一组标度因数时，所述的标度因数与所述的加速度计的输出之 Vont — Vont间的关系满足其中，SF为所述的标度因数，Voutlg为所述的加速度 2计在输入加速度为Ig时的输出，Vout_lg为所述的加速度计在输入加速度为-1g时的输出。所述的步骤(I)中，所述的标度因数和所述的电容值所满足的二阶模型为SF - at) +a, -J- + Cx1 , , SF为所述的标度因数，α α α为所述的系数,CF为所 Cr Cr'述的电容值。所述的步骤(I)中，采用最小二乘法拟合获得所述的二阶模型中的系数。所述的步骤(I)中，将所期望的标度因数带入所述的标度因数和所述的电容值之间的曲线关系式中求解时，得到两个所述的可变电容的电容值的根，则落入所述的可变电容的变化范围内的根为所述的可变电容的电容值的有效根。所述的步骤(2)中，所述的ASIC电路的传递函数为:Voul = β, + β、(CSl — () +亡，2 — (5/Λ,,!)，其中，Vout 为所述的 ASIC 电路的输 Lr出，P1为所述的加速度计的已知相关参数，CF为所述的步骤(I)中求解得到的所述的可变电容的电容值的有效根，CSIN2-CSiN1为由所述的加速度计的敏感结构决定的输出电容差，CSyCS1为两个所述的补偿电容的取值。实现上述方法的硬件系统包括写入控制程序的上位机、与所述的加速度计相连接并在所述的上位机的控制下向所述的加速度计中设置参数和采集所述的加速度计的输出的数据采集卡、与所述的上位机相连接并在所述的上位机的控制下使所述的加速度计处于不同的重力场中的程控分度台。所述的硬件系统实现所述的方法的流程为:启动所述的硬件系统并进行自检，自检成功后依次对待标定的所述的加速度计在输入加速度为Ig和-1g时采集其输出，根据所采集到的输出以及期望的标度因数计算所述的加速度计中可变电容的电容值的有效根；在获得所述的加速度计中可变电容的电容值的有效根后，依次对待标定的所述的加速度计在输入加速度为Og和-Og时采集其输出，根据所采集到的输出计算两个所述的补偿电容的电容值；若两个所述的补偿电容的电容值合法，则将两个所述的补偿电容的电容值以及所述的可变电容的电容值的有效根写入加速度计中的参数控制存储器中。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点:本专利技术提供了一种量程可调式MEMS加速度计的自动标定方案,利用加速度计内部ASIC电路的可调电容，使得实际参数(如标度因子、零位偏置等)与目标参数之间偏离降至最低，解决了人工标定效率低、精度差的问题，该方法尤其适合商业化的批量生产，其标定速度快、精度高、可操作性强，误差小，可以推广至绝大多数采用通用电容读取芯片的加速度计的参数标定。【专利附图】【附图说明】附图1为量程可调式MEMS加速度计的结构示意图。附图2为实现本专利技术的参数标定方法的硬件系统的结构图。附图3为实现本专利技术的参数标定方法的流程图。【具体实施方式】下面结合附图所示的实施例对本专利技术作进一步描述。实施例一:电容式MEMS (Micro Electro Mechanical System,微机电系统)加速度计通常由两部分组成:敏感结构与ASIC (Application Specific IC)电路。敏感结构检测输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量程可调式MEMS加速度计的参数标定方法，用于对由敏感结构和包括两个补偿电容的ASIC电路组成的MEMS加速度计进行标度因数以及补偿电容的标定，其特征在于：其包括（1）分别在所述的加速度计的输入加速度为1g和?1g时，采集所述的加速度计在所述的ASIC电路的一组特定增益下的一组输出，所述的特定增益由一可变电容控制，即采集所述的加速度计在所述的可变电容的一组电容值下的一组输出；根据所获得的所述的加速度计的两组输出得到所述的加速度计在一组所述的电容值下的一组标度因数，且得到由所述的标度因数和所述的电容值对应构成的一组数据对；根据一组所述的数据对以及所述的标度因数和所述的电容值所满足的二阶模型进行拟合，获得所述的二阶模型中的系数，从而确定所述的标度因数和所述的电容值之间的曲线关系式；假设所期望的标度因数并将其带入所述的标度因数和所述的电容值之间的曲线关系式中，求解得到所述的可变电容的电容值的有效根，据此可变电容的电容值的有效根而完成所述的标度因数的标定；（2）分别在所述的加速度计的输入加速度为0g和?0g时，取若干组两个所述的补偿电容的取值组合，采集所述的加速度计在若干组补偿电容的取值组合下的一组输出；根据所述的ASIC电路的传递函数以及所获得的所述的加速度计的两组输出得到两个所述的加速度计分别在输入加速度为0g和?0g时的输出电容差，并对两个在输入加速度为0g和?0g时的输出电容差求平均值而得到所述的加速度计的输出电容差；令所述的ASIC电路的传递函数中加速度计的输出为0并根据和所述的加速度计的输出电容差求得两个所述的补偿电容的电容值的关系，再分别令一个所述的补偿电容的电容值为0时求解另一个所述的补偿电容的电容值，从而完成所述的补偿电容的标定。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王甫，张斌，高玉霞，康保鹏，凌波，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：发明
国别省市：