[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

权利要求书

1.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，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据环形二极管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：

C₀′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_csinω_at

为检测电容实时容值，硅微谐振式加速度计采用方波驱动，在方波的正半周期，通过D₁对C₄充电，通过D₃对C₃充电；在信号的负半周期，D₂和D₄导通，方波通过D₄对C₃放电，通过D₂对C₄放电；由于检测电容的实时容值不等，导致对C₃和C₄的充放电电流不等，所以在充放电容上就产生了电压差，通过环形二极管后端的仪表放大器电路得到反应电容变化的放大电压信号；在方波的正半周期，建立如下方程：

式中，V_C为载波信号幅值的绝对值；和分别为和C₄上的电压，其值随时间变化；R为信号源的输出阻抗；V_D为二极管的正向压降；解上式得

同理可得，正半周期方波通过D₃对C₃充电，可得：

在正半周期内，和的差值经过仪表放大器的放大，得到电压的稳态值为：

式中，T为方波信号的周期，K_amp为仪表放大器的放大倍数，由外接电阻来调整，且

同理，在方波信号的负半周期内，得：

设C₃＝C₄＝C，得仪表放大器的输出稳定电压为：

将上式进行泰勒公式展开可得单个谐振器的电容变化量ΔC与输出电压的关系，忽略高阶项的影响，得：

将ΔC＝A_csinω_at代入上式，得

上式说明仪表放大器的输出电压与差变电容变化存在关系，而当C′₀＜＜C时，得其对差变电容信号的增益为：

(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和具体为：由差变电容信号的增益可得谐振梁振幅对电压的增益K_X/V：

由此可得谐振梁振幅对温度的敏感度为：

由上式可知谐振梁振幅对温度的敏感度与环形二极管接口电路对温度的敏感度存在一个比例关系；

硅微谐振式加速度计采用自动增益控制电路，把振幅维持在一个恒定的位置χ，同时满足：

χ＝K_X/V·X

式中，X为谐振梁的振幅；

(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；具体为：根据谐振加速度计的谐振频率方程，建立谐振频率对温度的敏感度方程：

式中，ω为谐振梁谐振频率；K_3,eff为三阶弹性系数；K_eq为谐振梁等效刚度；

建立谐振频率对时间的微分，得到频率对温度的敏感度和环形二极管对温度的敏感度的关系：

式中，为温度补偿结构参数；从上式可知，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。

2.如权利要求1所述的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，其特征在于，通过合理的设置谐振结构的温度补偿结构参数，使得为-1，即结构上对温度的敏感度与电路对温度的敏感度大小相等，方向相反。