[发明专利]基于寄生电阻的电容式微机械加速度计相移温度补偿方法

说明书

本发明涉及一种基于寄生电阻的电容式微机械加速度计相移温度补偿方法。电容式微机械加速度计存在一定的串联寄生电阻，在采用载波调制方式检测电容变化并进行正交解调后，可以同时得到幅度信息和相位偏移信息，幅度信息表征加速度大小并受温度影响，而相位偏移主要受寄生电阻的温度漂移影响，因此可以能够有效的利用解调之后的信号进行实时温度补偿，降低系统的温度灵敏度，提高系统的稳定性，同时不需要增加额外的温度补偿电路，减小了面积。

技术领域

本发明属于航空航天领域高精度惯性元件的的温度补偿研究领域。涉及一种基于MEMS寄生电阻的电容式微机械加速度计相移温度补偿方法。

背景技术

微机械加速度计是一种以微机械制造技术制作加工而成的加速度计，相比于其他类型的加速度计，电容式微机械加速度计由于其具有体积小、重量轻、可靠性好、功耗低、检测简单等诸多优点，已经在惯性导航领域得到了广泛的重视和应用，成为了惯性导航系统中不可缺少的器件；因此微机械加速度计的精度将直接影响惯性导航的精度，而微机械加速度计的精度除了受到敏感元件的制造工艺、内部结构等本身的性能影响外，测试时所处的环境因素也会影响其测试精度。在诸多的环境因素中，温度变化对系统的影响尤为突出。为了使微机械加速度计满足更广泛的应用需求，就需要保证加速度计在温度变化的情况下始终能够保持很高的加速度检测精度和稳定性。

对于硅微加速度计而言，温度对系统的影响主要有两个方面：敏感元件和检测电路。对于敏感元件而言主要表现在：(1)敏感元件的杨氏模量会随温度变化，从而致弹性系数发生变化，影响系统的谐振频率；(2)敏感元件封装管壳内的空气受温度影响，从而使得器件的阻尼系数发生改变；(3)不同材料的热膨胀系数不同将使得两种材料的交界面上产生热应力，这个热应力的存在将改变加速度计的机械特性。在检测电路方面，主要包括电阻电容等无源器件以及运算放大器、ADC、DAC等有源器件随温度的变化。以上种种与温度有关的因素都会影响着加速度计系统的温度特性，恶化系统的稳定性。

现有技术中，降低温度对加速度计系统精度的影响主要有四种方法：(1)研制出对温度不敏感的器件；

(2)在结构中增加负温度系数的材料、元件，补偿温度对加速度计器件精度的影响；(3)改善测试环境的温度，或采用一定的手段强行使得加速度计器件的测试环境温度保持恒定；(4)有计划的改变加速度计系统测试期间的环境温度，研究不同温度下加速度计系统的输出特性，辨识出加速度计器件的静动态温度模型，从而采用硬件或软件的方法进行实时的温度补偿。对于已经加工完成的加速度计器件，方法一和方法二俨然不能达到改善温度特性的目的；而方法三通常需要高精度的控温设备，不仅占用体积还增加了功耗；方法四相对来说具有结构简单，成本低等优点，但是需要设计额外的电路来加以实现，占用了面积，限制了系统的小型化。

本发明的目的在于提出一种基于寄生电阻的电容式微机械加速度计相移温度补偿方法，该方法克服现有温度补偿技术的实时性、精确性及复杂性等不足之处，提供了一种基于微机械传感器敏感元件寄生电阻的温度补偿方法，该方法主要考虑到了MEMS寄生电阻对系统检测电路幅度和相移的影响。利用系统检测电路的相移来检测温度变化，从而进行温度补偿。由于通过正交解调后，可直接同时获得幅度信息和相移信息，因此该方案实现简单，在电路上不占用额外的面积，且能实时直接获取敏感器的准确温度信息。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为了克服现有温度补偿技术的不足之处，提供了一种基于MEMS寄生电阻的电容式微机械加速度计相移温度补偿方法，

一种基于MEMS寄生电阻的电容式微机械加速度计相移温度补偿方法包括下列步骤：

1)考虑了MEMS寄生电阻，对模拟检测电路进行分析，得到模拟检测电路所产生的幅度和相移与MEMS寄生电阻的关系；