基于谐振频率的微机械加速度计温度补偿方法

针对硅基微机械加速度计零偏往往随温度改变而漂移的问题,设计了一种新型的温度补偿电路.通过理论研究和实验测试,发现微机械加速度计谐振频率与温度呈现非常好的线性关系.谐振频率与表头弹性梁的弹性系数的二次方根呈正比关系,而温度对于弹性系数的影响主要有3方面:弹性模量随温度的改变、机械热膨胀和热应力.通过Matlab数值仿真的方法,仿真和模拟了加速度计表头固有谐振频率与温度的关系,该仿真结果与实验测试结果符合得很好.基于以上分析,提出了一种新型温度补偿电路,通过在FPGA中设计数字锁相环模块实时检测和跟踪加速度计当前温度下的谐振频率值作为温度信号,进而补偿系统零偏输出.结果表明:在-30~60,℃全温度范围内,补偿后系统温漂峰峰值由初始的541.8,mg降低到46.0,mg,满足了工程应用需求.     

微机电系统压力传感器抗干扰系统设计

鉴于传统的硅基MEMS压阻式压力传感器普遍存在温度漂移和时间漂移误差,本文采用恒温控制和恒流源自校正方法针对上述问题设计和研究了一种MEMS压力传感器抗干扰系统。首先,简单介绍了传感器的各项参数和温漂、时漂原理。其次,设计并制作了传感器相关外部抗干扰电路。最后,对该系统进行实验测试。结果表明,抗干扰系统能减小传感器温漂和时漂误差,热零点漂移的绝对值由恒温前的0.0652%FS/℃降至恒温后的0.00788%FS/℃,热灵敏度漂移的绝对值由0.118%FS/℃降至0.0153%FS/℃,时漂补偿后预测误差由-3.436~0.875 kPa降低至-2.086~1.765 kPa。该设计对MEMS压力传感器温漂、时漂补偿等抗干扰方面的研究具有一定参考价值。     

MEMS压力传感器的温度补偿

研究了恒流激励条件下批量温度补偿的方法.零点的温度补偿是通过在桥臂上并联阻值较大且恒定的电阻来实现的,而灵敏度的温度补偿则是在整个桥臂上并联阻值较小且恒定的电阻来实现的,补偿后零点温漂为0.004%～0.015%FSO/℃,灵敏度温漂为0.0035%～0.024%FSO/℃,这表明这种补偿方法具有良好的效果.     

MOS—FET斩波器失调电压分析

本文分析了MOS-FET串并联斩波器由斩波管极间电容和泄漏电阻造成的误差电压,给出了等效输入失调电压和输入失调电流的计算公式,讨论了斩波器的温度特性及改善温度漂移的措施,并提出一种温度补偿方案,实验表明,可使斩波器的电压温漂和电流温漂分别降低到约0.1μv/℃和1pA/℃。     

基于均值逼近算法的光纤陀螺温度补偿方法

在机器学习温度补偿算法的基础上,一种基于高斯分布的均值逼近算法,能更好的减小光纤陀螺零漂的温度依赖性。实验与仿真结果表明,在环境温度从-40℃到60℃变化的情况下,通过均值逼近方法,补偿后的光纤陀螺的零偏输出减小了95%,光纤陀螺的零偏精度可以达到0.05°/h。因此,在环境温度变化的情况下,与其他温度补偿方法相比,均值逼近算法可以更有效地提高光纤陀螺的适应性。     

超临界二氧化碳的自然循环流动特性

为了探究超临界二氧化碳(sCO₂)自然循环的流动特性,在系统压力为7.6～10.2 MPa和加热段入口温度为16～33℃的宽参数范围内,进行了sCO₂自然循环流动特性实验研究,详细分析了加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差等对循环特性的影响,并将实验结果和理论模型结果进行比较.结果表明:sCO₂自然循环的稳态质量流量随加热功率的提高先快速增加,达到峰值后开始缓慢降低;加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差均显著影响sCO₂自然循环的质量流量.理论模型的计算结果和实验结果一致,验证了理论模型的准确性.该结果可为设计高效的sCO₂自然循环系统提供参考.     

压阻传感器灵敏度湿漂的补偿（I）

分析压阻传感器灵敏度温漂特性。根据灵敏度与温度成指数或近似线性有关系，设计两种实用实用温度补偿电源，实现对灵敏度温漂的补偿。     

基于改进六位置法的一种 MEMS 加速度计标定补偿方案

微机电系统(micro electronic mechanical system,MEMS)加速度计在测量过程中受安装误差、刻度因子及零偏影响,为提高MEMS加速度计的测量精度,在六位置法标定的基础上,提出一种改进的MEMS加速度计标定补偿方案.利用小波滤波对MEMS加速度计的原始测量值进行滤波,运用六位置法对6个位置的原始数据进行标定得到补偿模型.通过实验验证,MEMS加速度计测量精度由标定前的1.2 m/s2提高到0.01 m/s2,由MEMS加速度计解算的横滚角和俯仰角精度由标定前的1°提高到0.166 4°.     

硅微陀螺仪零偏温度性能补控方法设计

首先从理论上推导了硅微陀螺仪谐振频率、品质因数、敏感信号输出及机械热噪声与温度之间的关系,进而说明了温度对陀螺仪零偏输出影响是各非线性因素综合作用的结果.然后,通过部分温度特性试验获得了硅微陀螺仪的模态谐振频率和品质因数随温度变化关系曲线.最后,根据实测零偏试验数据给出了分段多项式温度补偿方法,并进一步结合恒温控制方法...     

电容式微机械加速度计闭环系统的零偏

为解释电容式微加速度计闭环系统零点不惟一的特殊现象,对其力学模型和电路特性进行理论分析,推导了闭环输出、零偏、零偏重复性、检测盲区宽度等公式,建立新的静平衡模型.通过零偏与预载的关系实验,定量分析了零偏不重合度、零偏重复性等,并对实验数据进行误差分析.该静平衡模型揭示了动齿的运动规律,证明检测盲区宽度和零偏重复性成正比,成功解释了两个零点问题.指出提高零偏重复性指标的方法,对于微机械结构的设计、预载的选择也具有指导意义.     

线振动条件下激光陀螺捷联惯导附加漂移补偿技术

针对振动条件下惯性器件会产生较大漂移的问题,从导航误差方程出发,以速度和位置误差作为观测量,设计了双位置卡尔曼滤波初始对准测漂方法。利用这种方法对振动条件下系统中激光陀螺的零漂和加速度计的零位的变化进行了估计;同时在导航解算过程中对惯性器件的振动附加漂移进行补偿。振动条件下对准测漂实验表明:利用双位置卡尔曼滤波方法可以很好的估计出惯性器件的振动附加漂移。振动漂移误差补偿实验表明:在导航结算过程中对惯性器件的振动漂移进行有效补偿后导航精度明显提高。     

微波加热强化闪蒸的蒸发特性

针对传统蒸发过程换热效率低下的问题,基于传统工艺流程设计微波闪蒸系统,在传统闪蒸罐体上设置微波馈口将微波能实时输入到闪蒸罐体内。为了验证微波闪蒸系统的蒸发处理能力,采用水作为介质研究系统在微波加热强化方式下的闪蒸效果。控制系统的真空度为70～78 kPa,分别研究微波功率(0.81～1.35 kW)、液体流量(10～40 L/h)和初始温度(50～90℃)对蒸发效果及闪蒸率的影响,并与不输入微波条件下的传统闪蒸效果进行比较。研究结果表明:在实验参数范围内,微波闪蒸产生的冷凝液体积以及随微波功率、液体流量、初始温度的增加而增加。当液体流量为40 L/h、微波功率为1.35 kW、初始温度为90℃时,相较于传统闪蒸,微波加热强化条件下闪蒸蒸汽温度从36.69℃升高至45.13℃,浓缩液温度从36.70℃升高至45.33℃,且强化蒸发效率达到42.86%。微波加热强化条件下的系统冷凝液体积比常规工况下的多,说明微波加热强化了闪蒸过程并有效提高了闪蒸率。     

改善MEMS陀螺误差温度稳定性的驱动力补偿方法

由于微机电系统(MEMS)陀螺通常采用微加工工艺生产制造,因此总是受微加工过程带来的的各种精度缺陷影响。对于MEMS陀螺,其零位输出误差因受环境因素影响而无法保持稳定,随时间表现出漂移特性,这种特性严重限制了MEMS陀螺在更高精度应用中的可用性。该文研究了一种改善MEMS陀螺零位误差温度稳定性的方法。通过分析陀螺运动特性及主要误差源,阐明陀螺驱动力对检测方向的耦合作用是零偏误差同相分量产生并随温度漂移的主要原因之一。为抑制陀螺驱动力耦合作用,提出对陀螺检测轴施加补偿静电力的方法。温度试验结果表明:施加补偿作用后,陀螺零偏误差同相分量的温度稳定性在12～60℃范围内提高了3倍以上。     

AlGaN/GaN HEMT 微加速度计的设计和温度特性研究

采用一种新原理来设计AlGaN/GaN HEMT加速度计,从理论和实验两方面分析和验证了温度的变化对加速度计的输出特性带来的影响。测试了AlGaN/GaN基HEMT器件在常温下的Ⅰ-Ⅴ特性和在不同温度下输出特性的变化。结果表明,随着温度的升高,器件的饱和电流减小。根据计算速率约为0.027 mA/℃。加速度计可以在-50℃—50℃的温度安全稳定的工作。     

基于DSP的加速计温度补偿系统的设计

为了消除环境温度对加速度计输出的影响,采用最小二乘法拟和建立了20℃-50℃温度范围内加速度计的静态温度模型.利用TMS320F240 DSP设计的数据采集和处理电路,将得到的补偿量输出到加速度计补偿电路,最终通过补偿电路的输出与加速度计输出进行叠加来实现对温度的补偿,使加速度计的输出随温度变化的数量级由1O-3变为10-4.     

WO3基燃气敏感元件的研制

在三氧化钨粉体材料中加入4 wt%瓷粉,以恒温600℃烧结1 h制成旁热式厚膜可燃性气体敏感元件.采用静态电压测量法,研究了元件的加热功率与元件灵敏度的关系,讨论了元件的响应与恢复特性.实验结果显示:WO3基元件在加热功率为600 mW时能开发成理想的乙醇、丙酮和汽油敏感元件.     

重力热管壁温与传热特性的实验分析

使用FC-72、乙醇和水作为工质,根据热管各部分的温度变化,研究重力热管的启动、壁温波动和传热性能,分析工质对重力热管壁温和传热特性的综合影响.实验结果表明:重力热管在启动和运行过程中的壁温波动与内部工质和加热功率等因素相关,使用FC-72作为工质时,重力热管可在加热功率Q=10 W时平稳启动,以乙醇为工质时虽在启动中有温度波动但当加热功率升高时波动消失,而充有水的重力热管在小功率启动时温度波动较大,且存在温度波动的功率范围较广.所以FC-72或乙醇为工质时热管壁温稳定性较好;而以水作为工质时热管整体传热性能较好,冷凝热阻较小.同时蒸发段的轴向温度均匀性受工质类型和加热功率影响,在加热功率较小时,以FC-72为工质的热管蒸发段轴向均温性较差.     

一种新型低温漂工艺补偿基准电流源的设计

基准电流电路是模拟和混合电路系统中非常重要的模块。文章设计了一种高精度基准电流源,在传统PTAT电流电路基础上,增加一级新型电阻和三极管组合电路提高正温度系数,与全MOS管产生的负温度系数电路级联实现温度和工艺补偿。电路基于CSMC-0.5μm工艺,输出电流为100μA,在-20~100℃内具有36×10-6/℃温漂。该设计仅增加很小的面积,即可实现受工艺、电压以及温度变化影响极小的电流源。     

光纤陀螺零偏温度补偿的实验研究

为光纤陀螺因温度效应而产生的零偏提供一种补偿方法,针对自行研制的光纤陀螺仪的零值漂移,根据实验数据,建立一种温度补偿模型,采用最小二乘法拟合计算出所需的修正系数对其预测补偿.补偿结果表明:光纤陀螺经模型补偿后零偏基本可以减少一个数量级,并进一步提高了零偏稳定性,补偿效果明显.     

MEMS重力仪温度、倾斜和气压扰动影响机制及其抑制方法研究

从理论上分析了温度、倾斜、气压效应对微机电系统(MEMS)重力仪的影响机制,以5μGal的零偏稳定性为目标量化环境扰动控制需求,并分别提出三层主动温度控制、机械调平和数据补偿及真空腔封装方案抑制温度、倾斜及气压效应影响.实验结果表明：24 h内重力敏感单元温度波动小于1.6 mK,测温电路漂移0.08 mK,两轴倾斜角度均小于±0.07 mrad,气压波动变化小于0.3 mPa.MEMS重力仪敏感探头集成环境抑制系统后静态本底噪声在1 Hz处为1μGal·Hz^-1/2,是国际精度最高的MEMS相对重力仪之一.