一种三轴振动传感器的校准方法与流程

本发明涉及一种校准方法，特别涉及一种三轴振动传感器的校准方法，属于芯片制备技术领域。

背景技术：

一般的mems振动传感器芯片在幅频响应的高频部分是幅度衰减或者由于共振点的原因是向上拱起的，图2、图3和图4为常见的几种典型的mems芯片幅频响应图（画圈区域代表需要校准和补偿的区域），太低的频带由于通频带比较平坦，因此无须校准，太高的频带偏离正常值已经很大，即使进行校准意义也不大，因此这里所说的校准区域主要是中高频带。，如果我们既想提升mems芯片的带宽，又要保证相应的精度，就需要对mems芯片的中高频带进行校准，但是常用的mems芯片的一致性很差，一套校准系数并不能适用于所有的此种型号的mems芯片，那么就需要对每个mems芯片在中高频部分单独校准，但由于标准校准源都是单轴的，如果每个芯片都要单独校准三轴，校准过程将非常繁琐且效率极其低下。

常见的校准方法一般将单轴的mems模块直接用一次性速干胶水平粘贴在振动标准源的上方表面上，但是对于三轴的mems芯片，只有z轴适用于此种方法，校完z轴之后如果想继续校准x轴或者y轴，这需要借助外部其它结构件来辅助校准，如图5中的正方体块，借助此正方体的三个面，则可依次粘贴并校准三轴mems传感器的x轴、y轴和z轴，虽然这种方法也可最终达到目的，但每个芯片均需要分3次校准三个方向，即需要分三次粘接在正方块的三个面上，既费时费力，又效率低下，并且每次最多只能校准一个mems模块。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种三轴振动传感器的校准方法，以解决上述背景技术中提出的常用的mems芯片的一致性很差，一套校准系数并不能适用于所有的此种型号的mems芯片，那么就需要对每个mems芯片在中高频部分单独校准，但由于标准校准源都是单轴的，如果每个芯片都要单独校准三轴，校准过程将非常繁琐且效率极其低下的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括以下步骤：s1：材料准备，选取一个正直角三棱锥，三个待校准mems模块，螺钉，一次性速干胶水和标准振动源；

s2：将正直角三棱锥底部的三个直角削去形成截面，正直角三棱锥底端的中心处开设有螺钉孔，使螺钉孔与螺钉的一端固定连接，螺钉的另一端与标准振动源轴向的中心处开设的轴孔固定连接，然后在正直角三棱锥的三个面涂设一次性速干胶水，将三个待校准mems模块3分别粘在对应的三个面上；

s3：使标准振动源通过外接开关与外接电源电性连接，打开标准振动源进行校准；

s4：a1：标准的正直角三棱锥（图9）的几何图形，ta⊥tbc平面，tb⊥tac平面，tc⊥tab平面，三条棱ta=tb=tc，三条底边ab=bc=ac，td为直角三角形abt的底高，th为正直角三棱锥（2）顶端垂直于底面的正直角三棱锥（2）高，由于tc⊥tab平面，即tc垂直于tab平面上的任意直线，因此tc⊥td，设td=a，则ab=bc=ac=2a，ta=tb=tc=a，cd=a，由三角形面积等效公式可知：tc×td=cd×th，即a×a=a×th，因此th=a;

由此可知：th和tc之间的夹角为：cos（）=cos（）≈54.7356；

th方向刚好是标准振动源（1）的轴向方向，因此加装正直角三棱锥（2）之后的mems模块（3）在测量振动信号时，将比原来的值偏小；

a2：假设标准振动源（1）轴向所加的信号幅度为v，mems模块（3）的三个轴分别为ta、tb、tc方向，因此mems模块（3）三个轴测量的矢量值分别为、、，由于ta=tb=tc；因此三个轴测量的矢量值均为，

即实际测量值只有标准源输出值的，因此内部校准时固定乘上这个系数，即在校准时将mems模块内部测量的振动幅值再乘以倍，然后再将乘以倍后的值与标准值进行比对，并将此时的偏离值存下来，并作为特定频率的校准系数。

作为本发明的一种优选技术方案，所述校准装置包括标准振动源、正直角三棱锥和三个mems模块，所述标准振动源顶端的中心处固定安装有螺钉，所述螺钉的顶端固定安装有正直角三棱锥，所述正直角三棱锥的底部的三个边侧均开设有截面，所述正直角三棱锥的三个侧面均粘贴有mems模块。

作为本发明的一种优选技术方案，所述正直角三棱锥底端的中心处开设有螺钉孔，四个所述螺钉孔的内径与螺钉端头出的尺寸相匹配，且所述螺钉孔与螺钉的连接处贴设有密封套。

作为本发明的一种优选技术方案，所述正直角三棱锥与mems模块的连接处涂刷有速干胶。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种三轴振动传感器的校准方法，通过将待检测的三个mems模块粘贴在正直角三棱锥上，取代原有的正方体进行校准，解决了每个芯片都要单独校准三轴，校准过程非常繁琐且效率极其低下的问题，极大的提高了芯片校准的效率。

附图说明

图1为本发明校准装置结构示意图；

图2为本发明mems芯片幅频响应图之一；

图3为本发明mems芯片幅频响应图之二；

图4为本发明mems芯片幅频响应图之三；

图5为本发明传统mems芯片校准图；

图6为本发明标准振动源结构示意图；

图7为本发明正直角三棱锥与mems模块连接结构示意图；

图8为本发明正直角三棱锥结构示意图之一；

图9为本发明正直角三棱锥正面结构示意图；

图10为本发明正直角三棱锥结构示意图之二。

图中：1、标准振动源；2、正直角三棱锥；3、mems模块；4、截面；5、轴孔；6、螺钉孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10，本发明提供了一种三轴振动传感器的校准方法的技术方案：

根据图1-10所示，包括以下步骤：

s1：材料准备，选取一个正直角三棱锥2，三个待校准mems模块3，螺钉，一次性速干胶水和标准振动源1；

s2：将正直角三棱锥2底部的三个直角削去形成截面4，正直角三棱锥底2端的中心处开设有螺钉孔6，使螺钉孔6与螺钉的一端固定连接，螺钉的另一端与标准振动源1轴向的中心处开设的轴孔5固定连接，然后在正直角三棱锥2的三个面涂设一次性速干胶水，将三个待校准mems模块3分别粘在对应的三个面上；

s3：使标准振动源1通过外接开关与外接电源电性连接，打开标准振动源1进行校准；

s4：a1：标准的正直角三棱锥（图9）的几何图形，ta⊥tbc平面，tb⊥tac平面，tc⊥tab平面，三条棱ta=tb=tc，三条底边ab=bc=ac，td为直角三角形abt的底高，th为正直角三棱锥（2）顶端垂直于底面的正直角三棱锥（2）高，由于tc⊥tab平面，即tc垂直于tab平面上的任意直线，因此tc⊥td，设td=a，则ab=bc=ac=2a，ta=tb=tc=a，cd=a，由三角形面积等效公式可知：tc×td=cd×th，即a×a=a×th，因此th=a;

由此可知：th和tc之间的夹角为：cos（）=cos（）≈54.7356；

th方向刚好是标准振动源1的轴向方向，因此加装正直角三棱锥2之后的mems模块3在测量振动信号时，将比原来的值偏小；

a2：假设标准振动源（1）轴向所加的信号幅度为v，mems模块（3）的三个轴分别为ta、tb、tc方向，因此mems模块（3）三个轴测量的矢量值分别为、、，由于ta=tb=tc；因此三个轴测量的矢量值均为，

即实际测量值只有标准源输出值的，因此内部校准时固定乘上这个系数，即在校准时将mems模块内部测量的振动幅值再乘以倍，然后再将乘以倍后的值与标准值进行比对，并将此时的偏离值存下来，并作为特定频率的校准系数。

校准装置包括标准振动源1、正直角三棱锥2和三个mems模块3，标准振动源1顶端的中心处固定安装有螺钉，螺钉的顶端固定安装有正直角三棱锥2，正直角三棱锥2的底部的三个边侧均开设有截面4，正直角三棱锥2的三个侧面均粘贴有mems模块3；

正直角三棱锥2底端的中心处开设有螺钉孔6，四个螺钉孔6的内径与螺钉端头出的尺寸相匹配，且螺钉孔6与螺钉的连接处贴设有密封套，通过套设的密封套，保证连接处的密封性；

标准振动源1顶端的四个边角处均开设有安装孔，通过设有的安装孔，方便安装，正直角三棱锥2与mems模块3的连接处涂刷有密封胶，保证mems模块3粘接牢固。

具体使用时，本发明一种三轴振动传感器的校准方法，根据图9所示为标准的正直角三棱锥2的几何图形，ta⊥tbc平面，tb⊥tac平面，tc⊥tab平面，三条棱ta=tb=tc，三条底边ab=bc=ac，td为直角三角形abt的底高，th为正直角三棱锥（2）顶端垂直于底面的正直角三棱锥（2）高，由于tc⊥tab平面，即tc垂直于tab平面上的任意直线，因此tc⊥td，设td=a，则ab=bc=ac=2a，ta=tb=tc=a，cd=a，由三角形面积等效公式可知：tc×td=cd×th，即a×a=a×th，因此th=a;

由此可知：th和tc之间的夹角为：cos（）=cos（）≈54.7356；

th方向刚好是标准振动源1的轴向方向，因此加装正直角三棱锥2之后的mems模块3在测量振动信号时，将比原来的值偏小；

a2：假设标准振动源（1）轴向所加的信号幅度为v，mems模块（3）的三个轴分别为ta、tb、tc方向，因此mems模块（3）三个轴测量的矢量值分别为、、，由于ta=tb=tc；因此三个轴测量的矢量值均为，

即实际测量值只有标准源输出值的，因此内部校准时固定乘上这个系数，即在校准时将mems模块内部测量的振动幅值再乘以倍，然后再将乘以倍后的值与标准值进行比对，并将此时的偏离值存下来，并作为特定频率的校准系数。；

实际操作时低频部分由于幅频特性比较好，基本没有衰减或增大，因此无须校准，中高频部分则可以采用间隔一定的频率校准一个频点，然后根据两点一线的方式插值即可，采用此种高效的方法之后能很好的满足全频段精度的要求。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。