扭摆式硅微加速度计性能补偿方法研究

发布时间：2017-04-09 12:01

  本文关键词：扭摆式硅微加速度计性能补偿方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硅微机械加速度计是惯性测量和导航系统的关键元件之一,在航空航天、高铁机车、消费电子和医疗设备等领域具有广阔的应用前景。然而,加速度计性能受制造工艺、内部结构、外部环境等因素影响,其中受环境温度的影响尤为突出,因此研究如何提高加速度计输出精度及稳定性能具有重要的实用价值和工程意义。本文针对某型号扭摆式硅微加速度计,开展了一系列误差建模和补偿方法技术研究,主要工作包括:(1)根据扭摆式硅微加速度计的结构和工作原理,从理论上分析了扭摆式硅微加速度计的温度特性,并介绍了硅微加速度计的性能参数及测试方法。(2)采用多项式拟合、BP神经网络拟合和小波神经网络拟合建立扭摆式硅微加速度计的温度补偿模型和非线性补偿模型,总结了三种方法对加速度计补偿的优缺点,为器件应用选择补偿方法提供指导。(3)设计了基于STM32的扭摆式硅微加速度计补偿电路系统,包括硬件系统设计和软件系统设计。(4)设计了基于LABVIEW的SD6068加速度计自动化数据采集系统。(5)在参考相关惯性器件测试标准的基础上,对扭摆式硅微加速度计进行了实时性能补偿测试。经过多项式拟合补偿之后,加速度计的非线性度、标度因数温度系数和全温零偏极差分别由17275ppm、298.3ppm/℃、98.13mg降低到662ppm、18.43ppm/℃、10.09mg。经过BP神经网络拟合补偿后,三个参数分别降低为88ppm、35.52ppm/℃、10.70mg。结果证明:多项式拟合和BP神经网络拟合建立温度模型的正确性和有效性,补偿技术方法同样适合于其它敏感传感器,具有广阔的应用前景。
【关键词】：扭摆式硅微加速度计 温度补偿 非线性补偿
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.1.1 MEMS加速度计概述9
• 1.1.2 MEMS加速度计的发展9
• 1.1.3 MEMS加速度计的分类与应用9-11
• 1.2 MEMS加速度计的国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 研究意义与主要研究内容14-16
• 第2章 扭摆式硅微加速度计的工作原理16-24
• 2.1 扭摆式硅微加速度计的基本工作原理16-17
• 2.2 扭摆式硅微加速度计的温度特性17-21
• 2.2.1 扭摆式硅微加速度计的结构原理17-19
• 2.2.2 开环式硅微加速度计的信号检测原理19-20
• 2.2.3 扭摆式硅微加速度计温度误差来源20-21
• 2.2.4 减小温度误差方法21
• 2.3 扭摆式硅微加速度计的性能参数21-23
• 2.3.1 基本性能参数21-22
• 2.3.2 标度因数温度系数22
• 2.3.3 零偏稳定性22-23
• 2.4 本章总结23-24
• 第3章 扭摆式硅微加速度计性能补偿算法研究24-48
• 3.1 基于最小二乘多项式拟合的扭摆式硅微加速度计模型辨识25-31
• 3.1.1 最小二乘多项式拟合原理25-26
• 3.1.2 最小二乘多项式拟合曲面建立加速度计温度模型26-30
• 3.1.3 最小二乘多项式拟合曲线建立加速度计非线性模型30-31
• 3.2 基于BP神经网络拟合的扭摆式硅微加速度计模型辨识31-39
• 3.2.1 BP神经网络原理31-33
• 3.2.2 BP神经网络建立加速度计温度模型33-39
• 3.2.3 BP神经网络建立加速度计非线性模型39
• 3.3 基于小波神经网络拟合的扭摆式硅微加速度计模型辨识39-46
• 3.3.1 小波神经网络原理39-41
• 3.3.2 小波神经网络建立加速度计温度模型41-45
• 3.3.3 小波神经网络建立加速度计非线性模型45-46
• 3.4 三种补偿方法拟合结果比较46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 温度补偿系统的设计与实现48-59
• 4.1 系统方案设计48
• 4.2 系统硬件设计48-54
• 4.2.1 电源模块48-49
• 4.2.2 加速度计电路模块49-51
• 4.2.3 模数转换模块51
• 4.2.4 微处理器模块51-53
• 4.2.5 数字通信模块53-54
• 4.3 系统软件设计54-58
• 4.3.1 加速度计数据获取程序设计55-57
• 4.3.2 补偿数据处理57-58
• 4.3.3 串口数据发送58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 测试系统软件设计与实现59-67
• 5.1 测试系统软件总体设计59-60
• 5.2 离心机转台控制60-62
• 5.3 数据采集62-63
• 5.4 数据存储63-64
• 5.5 自动化设计64-66
• 5.6 本章小结66-67
• 第6章 性能测试结果与分析67-77
• 6.1 非线性补偿67-70
• 6.1.1 测试系统与方法67-69
• 6.1.2 测试结果69-70
• 6.2 温度补偿70-76
• 6.2.1 测试系统与方法70-72
• 6.2.2 测试结果72-76
• 6.3 本章小结76-77
• 第7章 总结与展望77-79
• 7.1 本论文工作总结77
• 7.2 未来工作展望77-79
• 参考文献79-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 徐哲;刘云峰;董景新;;基于相关向量机的MEMS加速度计零偏温漂补偿[J];北京航空航天大学学报;2013年11期

2 王嫘;韩丰田;董景新;刘云峰;;三轴硅微静电加速度计的实验研究[J];中国惯性技术学报;2011年03期

3 张燕娥;一种硅微型加速度计的制备与测试方法研究[J];中国惯性技术学报;1998年04期

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本文编号：295183