带温度补偿的mems加速度计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种带温度补偿的MEMS加速度计，包括加速度传感器、温度传感器、温度补偿芯片，加速度传感器和温度传感器与温度补偿芯片的相连接。温度补偿芯片采用的温度补偿方法为：（1）在多个温度点下测量零偏和标度因子的一组输出值并拟合为拟合曲面而获得一系列拟合系数并排列成系数矩阵；（2）将加速度传感器的输出信号和温度传感器的输出信号建模并表达为模型矩阵；（3）将系数矩阵和模型矩阵做点乘得到加速度传感器在温度补偿后的输出公式；（4）将拟合系数和输出公式写入温度补偿芯片进行计算。本发明通过曲面三维拟和以及计算之后进行补偿，有效减少了加速度计在组装和安装过程中产生的误差对系统的影响。
【专利说明】带温度补偿的MEMS加速度计
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种MEMS加速度计，尤其是一种带有温度补偿功能的MEMS加速度计。【背景技术】
[0002]MEMS (Micro Electro-Mechanical System)加速度计是微小型惯性导航系统中重要的传感器之一，其性能的优劣直接影响了惯导系统的导航精度。MEMS加速度计测量输出误差主要来源于制造工艺、安装方法、外部环境等几方面，其中环境温度对MEMS加速度计测量输出的影响尤为突出，它也成为微加速度计工程应用中的一个关键问题。
[0003]目前，常用局部温控和软件方法实现温度补偿。局部温控通常需改变加速度计的内部结构、材料或增加温度控制系统，实现复杂，所以工程中更多采用软件方案进行补偿，补偿后可使加速度测量稳定性提高5-20倍。软件补偿方案是以获得加速度计温度模型为前提的，通常需要设计专用的温控盒或复杂的测试设备进行模型辨识实验，如设计独立的高精度温控盒，并借助分度台辨识加速度计的温度模型；或者采用温控转台和分度台辨识加速度计的温度模型等等。
[0004]例如，加速度计的静态模型如式(I)所示:
[0005]y^o+K^i+Kaa^+Kgajao (I)
[0006]其中，y:加速度计输出(V)5Ktl:加速度计的零位输出(V)5K1:加速度计的标度因子(V/gn)；K2:二阶非线性系数(V/gn2);K3交叉耦合系数(V/gn2);a1:平行于加速度计输入轴的加速度(gn) ；a0:横向加速度(gn)。对于试验采用的加速度计，由于1(2和1(3通常为10 —4量级，其所引起的`非线性误差小于0.5%，因此可忽略加速度计输出中的非线性项和交叉干扰项，进而可采用式(2)根据加速度计测量输出求出真正的加速度值:
[0007]at= (y — K0) /K1 (2)
[0008]传统的温度补偿方法，对加速度计进行温度建模的实质就是确定加速度计的零位输出Ktl和标度因子K1与温度之间的关系。如果得到不问温度下加速度计的Ktl和K1,则可采用一次曲线拟合的方法得到温度模型，如式(3)所示:
[0009]K0=K00+K01T K1=K1JK11T(3)
[0010]其中，T为环境温度，K00, K01, K10, K11为待定系数。
[0011]从式(3)我们可以看出，传统的温度补偿方法是对加速度计的零位和标度因子分开进行补偿的。
[0012]故而，传统的加速度计在温度补偿时不仅对加速度计组装和安装要求比较高，而且需要对加速度计的零位和标度因子分开进行补偿。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是提供一种无需将零位和标度因子分开考虑的带温度补偿的MEMS加速度计。
[0014]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:[0015]一种带温度补偿的MEMS加速度计，包括MEMS加速度传感器，其还包括温度传感器、温度补偿芯片，所述的MEMS加速度传感器的输出端和所述的温度传感器的输出端分别经Α/D通道与所述的温度补偿芯片的输入端相连接，所述的温度补偿芯片的输出端为所述的带温度补偿的MEMS加速度计的输出端；
[0016]所述的温度补偿芯片采用的温度补偿方法为:(I)通过高低温循环在多个温度点下测量所述的MEMS加速度传感器的零偏和标度因子的输出值而取得一组数据，将该组数据拟合获得其拟合曲面，通过所述的拟合曲面获得满足拟合阶次所需的一系列拟合系数，并将所述的一系列拟合系数排列成系数矩阵；(2)将所述的MEMS加速度传感器的输出信号
Nk和所述的温度传感器的输出信号T建模成
【权利要求】
1.一种带温度补偿的MEMS加速度计，包括MEMS加速度传感器，其特征在于:其还包括温度传感器、温度补偿芯片，所述的MEMS加速度传感器的输出端和所述的温度传感器的输出端分别经Α/D通道与所述的温度补偿芯片的输入端相连接，所述的温度补偿芯片的输出端为所述的带温度补偿的MEMS加速度计的输出端； 所述的温度补偿芯片采用的温度补偿方法为:(I)通过高低温循环在多个温度点下测量所述的MEMS加速度传感器的零偏和标度因子的输出值而取得一组数据，将该组数据拟合获得其拟合曲面，通过所述的拟合曲面获得满足拟合阶次所需的一系列拟合系数，并将所述的一系列拟合系数排列成系数矩阵；(2)将所述的MEMS加速度传感器的输出信号乂和所述的温度传感器的输出信号T建模
2.根据权利要求1所述的带温度补偿的MEMS加速度计，其特征在于:通过最小二乘法拟合所述的一组数据得到其拟合曲面。
3.根据权利要求1所述的带温度补偿的MEMS加速度计，其特征在于:所述的拟合阶次为5阶。
4.根据权利要求3所述的带温度补偿的MEMS加速度计，其特征在于:所述的一系列拟合系数为21个,分别为Ctl-C2tl,其排列而成的系数矩阵为
5.根据权利要求1所述的带温度补偿的MEMS加速度计，其特征在于:所述的MEMS加速度传感器、所述的温度传感器处于同一热量场内。
【文档编号】G01P1/00GK103558415SQ201310585144
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】王晓臣, 鞠莉娜, 张斌, 王甫, 高玉霞 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心