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...     

微加速度计温度特性及敏感元件自恒温方案

温度是影响微加速度计精度的一个相当重要的因素。该文首先分析了微加速度计闭环系统各部分的温度特性对系统的影响;接着,设计实验分别测试各个部分的温度特性,确定出敏感元件的温度特性是系统温漂的主要来源;最后,设计了敏感元件芯片自恒温系统,并进行温度补偿。该方案在增加少量加热功率的基础上大大提高了系统的温度特性。实验结果表明:温控后,在增加760 mW加热功率的情况下,能保证微加速度计零偏温漂和二次补偿后零偏稳定性,分别从2.061 mgn/℃和2.269 mgn提高到0.199 mgn/℃和0.129 mgn。     

MEMS陀螺仪芯片级温控系统的设计

为了提高MEMS陀螺仪的温度性能,基于东南大学自主设计的TC10号温控陀螺表头,设计了一种芯片级温控系统.首先,研究了微加热丝和微热敏电阻的材料、结构以及表头的加工工艺,分析了温控系统的工作原理.然后,建立了表头内部的温度模型,利用Ziegler-Nichols经验参数法,确定了PID参数并进行系统仿真,验证了控制系统的快速性和稳定性.最后,结合模型和仿真参数设计了温控电路,并通过温度实验得到了微热敏电阻的温度特性曲线.结果显示:温控系统可将表头内温度控制在设定温度点附近;表头腔内温度和驱动模态谐振频率在-20～60℃范围内的变化量分别由温控前的78.453℃和3.76 Hz下降到温控后的4.949℃和0.48 Hz,由此验证了芯片级温控技术的可行性.     

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.     

微机械陀螺零位误差的研究

针对微机械陀螺仪零位误差严重影响制导系统的定位精度问题,提出了时间分段的零位补偿方法.该方法将零位校准时间进行分段,在准备时间段采用均值滤波,将静态零偏值一次性基本校除,在工作初始时间段内根据特性建立一阶或高阶补偿模型校零,对准静态零偏值进行校除.经实验验证,该方法使零偏值比校正前降低了90%以上.为进一步提高补偿精度,提出了应用传递对准这一零位补偿方法,即结合载体高精度方位信号校正微型陀螺仪测量组件系统初始零位值,有效地提高了校零的时效性.仿真实验表明:传递对准最佳起始时刻在陀螺仪稳定工作后10~30 ms后,主、子系统传递对准时间长度可在几百毫秒内,零位误差在载体抖动频率范围内可以被限定在0.01(°)/s以下,主、子系统同步时差所引起的误差项呈毫秒级周期性变化.     

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.     

谐振式微加速度计驱动和检测结构设计及制作

基于谐振式加速度计的工作原理和结构特点,设计了一种新型微加速度计谐振器,用解析法和有限元法计算了谐振器的横向驱动力以及其处于谐振状态时的检测电容值。综合粘性阻尼、运动阻尼和气膜阻尼,分析了谐振器在大气环境下的阻尼和品质因子。应用MEMS(microelectromechanical system)工艺,完成了微加速度计谐振器的制作。测试结果表明:谐振器性能良好,谐振频率为54523.5 Hz,与设计的理论值误差约为13.6%。     

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°.     

温度变化对微梁谐振频率的影响

双层材料微梁是一种常见的高灵敏度微梁传感结构,温度变化会使微梁发生弯曲形变并改变微梁的谐振频率．研究了微梁谐振频率与其构成材料的杨氏模量E和热膨胀系数a的关系、以氮化硅上沉积了不同厚度金膜的双层微梁结构为对象,通过在原子力显微镜AFM上的实验获得了295～325K范围内微梁的弯曲形变和谐振频率分别与温度变化的关系曲线．对实验结果的分析表明,构成微梁两种材料热膨胀系数的差异会引起微梁的非线性形变和谐振频率的非线性偏移,且主要在温度变化范围小于5K时起作用;在295～325K时两种材料杨氏模量随温度的变化会引起微梁谐振频率的线性偏移．同时,提出了相应的微梁应用建议,以保证在环境温度有变化的应用场合下双层材料微梁仍具有较高的测量精度.     

复合量程加速度计在炮射导弹中的研究及应用

针对炮射导弹在发射、飞行时的特殊环境,安装多个传感器所产生的测量信号位置误差等问题,设计研究了复合量程微加速度计。对其内部结构及外围的温度补偿电路进行分析。通过仿真得出复合量程微加速度计的外壳结构可以承受20 000 g的冲击,并用实验验证复合量程微加速度计适合测量炮射导弹发射时的冲击测量。在炮射导弹上具有良好的应用价值。