硅微加速度计温度特性分析与误差补偿.pdf

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1、2016年第35卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)01-0025-04硅微加速度计温度特性分析与误差补偿王增跃，李孟委，刘国文(1．中北大学动态测试技术国家级重点实验室。山西太原030051；2．北京航天控制仪器研究所，北京100076；3．中北大学微系统集成研究中心，山西太原030051)摘要：环境温度对硅微加速度计的检测精度具有较大影响，并最终影响导航系统的精度。因此，准确标定环境温度对微加速度计使用性能的影响，并建立温度补偿模型，对于实际工程应用至关

2、重要。在-20—60℃温度区间，通过实验得到微加速度计的零偏与标度因数，并采用线性拟合与Lorentz曲线拟合构建了温度补偿模型，后者使测量结果的稳定性精度提高了1个数量级，具有较好的实际应用价值。关键词：硅微加速度计；温度影响分析；Lorentz曲线；零偏；标度因数中图分类号：U666．1文献标识码：A文章编号：1000--9787(2016)Ol-0025-04Analysis0ntemperaturecharacteristiCSanderrorcompensationn●●●●●J米0ISlIlCOnmlCr0aCCeIer0meterWANGZeng—yue．LIMe

3、ng—weil'．LIUGuo．wen(1．StateKeyLaboratoryofDynamicMeasurement，MinistryofEducation，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China；2．BeijingAerospaceControlInstrumentResearchInstitute，Beijing100076，China；3．MicrosystemIntegrationResearchCenter，一NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Env

4、ironmentaltemperaturehassignificantefectondetectionprecisionofsiliconmicroaccelerometer，andultimatelyaffectprecisionofnavigationsystem．Soaccuratelycalibrateenvironmentaltemperatureeffectonoperationalperformanceofmicroaccelerometer，andestablishtemperaturecompensatingmodel，whichiscrucialforpra

5、cticalengineeringapplication．At-20—60qCtemperaturerange．obtainzero—biasandscalefactorofmicroaccelerometerbyexperiment，anduselinearfittingandLorentzcurvefittingtoconstructthetemperaturecompensationmode1．Thelatterincreasestabilityofmeasurementresultaboutoneorderofmagnitude，whichhasgoodpractica

6、lapplicationvalue．Keywords：siliconmicroaccelerometer；temperatureeffectanalysis；Lorentzcurve；zero—bias；scalefactor0引言的影响，但缺点是温度稳定时间长、功耗大，不能满足快速加速度计是惯性导航系统主要元件之一Jj，基于微启动、低功耗的应用需求。目前较为有效的方法是通过实机械工艺的硅微加速度计具有体积小、功耗低、灵敏度高、验数据分析，建立温度与零偏、标度因数的数学模型，并进结构简单等优点．4J，已广泛应用于民用车辆导航和稳瞄行温度误差补偿，以提高MEMS加速计的应用精度，

7、满足系统中。硅微加速度计一般由硅材料经光刻和刻蚀工艺制军用战术级需求。关于微加速度计温度特性的研究，国内造而成，由于硅材料是一种热敏材料，应用环境温度变化外已经进行大量深入的研究：文献[6]石英加速度计的表和硅微加速计长时间工作自身发热现象都会对加速计零偏芯温度变化和表芯力矩器力矩系数的温度系数决定着加速和标度因数产生较大影响。当环境温度在-20～+60℃变度计温度误差的大小，但并未在误差来源和补偿方法上作化时其漂移误差将达到2×10一g，甚至更大J。一种常具体阐述；文献[7—9]的分析表明