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硅微谐振式加速度计温度效应标定与补偿

发布时间:2021-10-08 21:16
  为了提高硅微谐振式加速度计(SRA)零偏温度稳定度和标度因子的温度系数,提出了一种温度标定补偿方法。首先,根据应力与谐振频率关系建立了考虑温度效应的硅微谐振式加速度计的数学模型。然后,通过安装误差、温度效应的两级标定得到模型参数的极小范数最小二乘解,并且在标定中应用了热隔离层来提高标定精度。最后,应用所获得的标定参数建立了加速度计补偿系统,实时计算补偿后的加速度。实验结果表明,补偿后加速度计在5~35℃内的零偏温度稳定度从3.3×10-2下降到1.3×10-5,标度因子的温度系数从0.3 Hz/g/℃下降到6.7×10-3 Hz/g/℃,同时还表明该标定补偿方法可以降低由温度滞回效应带来的动态误差。 

【文章来源】:微纳电子技术. 2020,57(06)北大核心

【文章页数】:8 页

【部分图文】:

硅微谐振式加速度计温度效应标定与补偿


差分式硅微谐振式加速度计结构简图[1]

等效电路图,芯片,外壳,横截面


采用胶粘剂将微电子机械系统(MEMS)结构固定在一个真空陶瓷封装底部,采用引线键合将MEMS芯片和封装之间金属焊盘连接起来。温度传感器贴在封装顶部用来敏感芯片周围空气的温度,如图2所示。图中PCB为印制电路版。根据文献[17],先针对无隔热层的标定环境建立传热学模型,此时器件封装外表面温度(Tpackage)被看作是环境温度(Tambient)。图3为传热系统等效电路图。图3中,Rwire-bond为引线热阻,Radhesive为胶粘剂与封装的热阻,Rrad为热幅射等效热阻,Rcov为热对流等效热阻,Reff与Cchip分别为微传感器芯片从空气到谐振器间的等效热阻和热容。

等效电路图,等效电路,热阻,引线


根据文献[17],先针对无隔热层的标定环境建立传热学模型,此时器件封装外表面温度(Tpackage)被看作是环境温度(Tambient)。图3为传热系统等效电路图。图3中,Rwire-bond为引线热阻,Radhesive为胶粘剂与封装的热阻,Rrad为热幅射等效热阻,Rcov为热对流等效热阻,Reff与Cchip分别为微传感器芯片从空气到谐振器间的等效热阻和热容。当环境温度被温箱控制时,热量通过四种途径传递给MEMS结构,分别为引线、胶粘剂与封装、热辐射和热对流。而这些传热途径中,金属引线的等效热阻最小[17-18],因此可以进行图3所示的简化,其中绝对零度为等效电路的地电平。该系统以环境温度为输入、MEMS结构温度(TMEMS)为输出的传递函数H1(s)如下

【参考文献】:
期刊论文
[1]硅微振动陀螺仪设计与性能测试[J]. 贾方秀,裘安萍,施芹,苏岩.  光学精密工程. 2013(05)
[2]硅微陀螺仪零偏温度性能补控方法设计[J]. 夏敦柱,王寿荣,周百令.  东南大学学报(自然科学版). 2012(02)
[3]硅微谐振式加速度计的实现及性能测试[J]. 石然,裘安萍,苏岩.  光学精密工程. 2010(12)



本文编号:3424975

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