一种联合调制反馈和温度补偿改善闭环MEMS电容式加速度计漂移的方法（英文）

发布时间：2017-08-04 15:32

  本文关键词：一种联合调制反馈和温度补偿改善闭环MEMS电容式加速度计漂移的方法（英文）

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【摘要】：目的:根据Allan方差定义,分析引起闭环MEMS电容式加速度计中长期漂移的因素,研究相应的消除和补偿方法,实现降低漂移、提高闭环MEMS加速度计稳定性的目的。创新点:首先设计利用载波调制反馈电压信号的方法,避开并滤除反馈通道上的低频噪声,降低Allan方差的偏置不稳定性;然后在反馈通道上加入参考信号,利用该参考信号经过模拟部分后被解调的相位来表征温度,进行温度补偿,进一步降低Allan方差的长期漂移。方法:首先,根据Allan方差的偏置不稳定性定义,其影响因素来自于闭环系统的低频噪声。根据文献资料和作者之前的实验测试情况,大部分低频噪声来自于反馈通道,因反馈信号是低频电压信号。为降低反馈通道低频噪声,设计载波调制反馈信号及通过高通滤波器滤除低频噪声的方案MFA(图4)。经测试,采用MFA的输出噪声和1小时的稳定性明显优于反馈信号直接反馈的方案DFA(图10-12)。在MFA基础上,继续增加一个参考信号,该信号通过整个系统的模拟部分后被数字系统解调,其相位信息携带了外界温度变化信息,从而可利用该相位信息进行实时温度补偿(图5、6)。对温度补偿方案进行静态温度范围测试(图16),补偿后的度系数是补偿前的1/46;在快速动态温度变化下(图17),实时补偿结果是未补偿的1/8,显示了较好的补偿特性。温度补偿后的Allan方差长期漂移获得明显降低,而偏置不稳定性略微升高(图18、19)。总体上看,利用MFA和温度补偿,闭环MEMS电容式加速度计的整体漂移特性得到较好抑制。结论:针对闭环MEMS电容式加速度计漂移问题,提出载波调制反馈和新型温度补偿方案。两种方案能够在同一闭环系统中同时使用,分别降低了偏置不稳定性和长期温度漂移,1 h的Allan方差显示,偏置不稳定性约为13μg,100 s积分时间的漂移为17μg,温度系数降到0.1 mg/°C,显示了较好的稳定性。
【作者单位】： Micro-Satellite
【关键词】： 偏置漂移 闭环MEMS加速度计 调制反馈 温度补偿
【分类号】：TH824.4
【正文快照】： 1 IntroductionThe drift of MEMS inertial sensors has been in-vestigated for a long time.The drift can be due tomultiple reasons such as noise,temperature variation,environmental vibrations,electronic reference drift,and humidity changes.Noise and tempera

【共引文献】

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1 尹韬;张，

本文编号：620328