基于驱动频率的硅微陀螺零偏补偿方法研究

针对硅微陀螺的零偏受环境温度影响比较敏感的问题,研究了一种新的温度补偿方案。通过研究驱动频率的温度特性,发现驱动频率与温度之间存在很好的线性关系,经过适当的标定,驱动频率可以作为内置温度传感器取代传统的温度传感器,解决了传统传感器温度不准确和测量滞后的问题。建立了驱动频率与零偏的模型,对硅微陀螺的零偏进行了温度补偿验证。验证试验表明,在-40℃～60℃全温区范围内,零偏温度灵敏度由0.053°/(s.℃)提高到0.00244°/(s.℃),有效地改善了全温区的零偏温度系数。     

基于多模型模糊融合的MEMS陀螺补偿方法

为了实现微机电系统(MEMS)陀螺的高精度补偿,本文借助分段线性拟合与多模型模糊融合的方法,得到了一种新的标定补偿算法。通过对各轴分段组合的标定数据进行拟合建立多组补偿模型,并通过角速率的隶属度函数的模糊加权实现多模型融合,得到随测量值变化的线性补偿模型,提高了陀螺输出补偿的精度。实验表明,该方法的补偿精度明显优于传统方法。其算法简单计算量小,易于在实际工程中应用。     

MIMU系统设计及MEMS陀螺仪温度漂移补偿

针对温度对MEMS陀螺仪的零偏影响较大的问题,以LCG50型陀螺仪为试验对象,通过温度试验拟合出零偏、温度测量值与时间的函数关系,并利用拉格朗日插值法建立了全温度范围内陀螺仪零偏的温度补偿模型,同时进行了MIMU系统DSP温度补偿程序设计。实验结果表明,利用此温度补偿模型可有效地抑制陀螺仪零偏,提高惯性测量单元的测量精度,具有很好的实用价值。     

一种扭转谐振式MEMS电场传感器

提出了一种基于微机电系统(MEMS)的扭转谐振式电场传感器。该微型电场传感器的感应电极与屏蔽电极采用共面叉指结构,首次采用扭转谐振的工作方式,显著提高了微型电场传感器的灵敏度。介绍了传感器的工作原理、结构设计、有限元仿真及实验。实验结果表明:在0～50 kV/m电场范围内,该传感器的线性度为0. 14%,3个往返行程的总不确定度优于0. 43%。在增益电阻为100 MΩ的情况下,传感器灵敏度达到4. 55 mV/(kV/m),相对已有传感器灵敏度提高了1个数量级。     

微半球谐振陀螺仪的模态主轴方位角测算方法

由于微半球谐振子吹制过程存在严重加工误差,将导致谐振子结构误差,进而导致微半球谐振子工作模态发生频率裂解和模态主轴轴向偏转,影响了陀螺仪的性能.而模态主轴方位角反映了谐振子的结构误差所在角度,可指导微谐振子结构误差研究和机械修调.本文从理想谐振子通用运动方程出发,推导了微半球谐振子误差模型,据此提出了一种可以通过电扫频...     

一种MEMS加速度计温度模型辨识及温度补偿方法

对MEMS加速度计的温度模型与其倾角的相关性进行分析,提出了一种无需精确控制加速度计位置,借助普通恒温箱即可完成的温度模型辨识方法,并根据辨识结果设计温度补偿软件方案.实验结果表明,温度补偿可使加速度计测量输出的稳定性提高一个数量级,补偿效果明显,模型辨识方法有效.将温度模型用于某小型无人机航姿测量系统中,缩短了系统启...     

原位封装MEMS低温温度 感器

针对高精度低温温度测量需求,提出一种基于氮氧化锆薄膜的微机电系统(MEMS)低温温度传感器.通过微加工工艺,将传感器制备与封装相结合,有效简化传统低温温度传感器的制备流程,缩小低温温度传感器尺寸.研制的低温温度传感器尺寸仅为3.2 mm ×2.0mm×0.73 mm,质量低于12 mg.通过颗粒碰撞噪声检测和显微结构观...     

MEMS微机械陀螺温度特性分析与建模

针对MEMS微机械陀螺的零偏随温度变化波动较大的特性,通过建立MEMS陀螺零偏随温度变化之间的误差模型,在温度范围为-20℃~60℃温箱试验下,分析MEMS陀螺的零偏输出变化,经去除野值后使用建立的误差模型对零偏进行补偿,结果表明,MEMS陀螺仪因温度引起的零偏从最大约为160°/h,经补偿后降至约为10°/h。该温度误差模型使MEMS陀螺的全温区零偏特性得到了一定程度的提升,为提高之后的导航精度打下基础,具有一定的工程价值。     

MEMS振动陀螺仪AGC回路模型线性化与控制器设计

针对微机电系统(MEMS)振动陀螺仪驱动模态自动增益控制(AGC)回路非线性、控制器设计难的问题,提出了在平衡点处将系统进行线性化并利用经典频域分析进行控制器设计的方法。利用包络传递函数建立了一种无需乘法器的AGC模型。通过谐波分析的方法将简化的AGC环路模型在平衡点处进一步线性化。利用线性系统经典的频域分析法进行控制器的设计。仿真与实验验证了模型线性化过程的正确性以及所提出的控制器设计方法的有效性。     

硅微机械振动陀螺零偏温度补偿研究

在对某型硅微机械振动陀螺进行大量高低温环境试验的基础上,根据试验数据,建立了一种零偏温度补偿模型,并用该模型对新测的试验数据进行了预测补偿.补偿结果表明:硅微机械陀螺经该模型补偿后零偏可以减少一个数量级,补偿效果明显.     

Design and FEM simulation for a novel resonant silicon MEMS gyroscope with temperature compensation function

Microsystem Technologies - A kind of resonant silicon micro-electro-mechanical systems (MEMS) gyroscope with self-temperature compensation function is designed to overcome the problem of...     

振动环境下MEMS陀螺动态误差补偿方法

为解决微机电(micro electromechanical system,MEMS)陀螺仪在随机振动力学环境中的动态误差问题,提出一种MEMS陀螺仪动态误差的补偿方法,建立动态误差模型。通过对MEMS陀螺仪动态误差影响因素的分析,在MEMS陀螺仪静态误差模型基础上加入与振动输入相关的误差项,减小由于随机振动引入的误差,提高MEMS陀螺仪在随机振动环境下的测量精度。结合实例,对所提模型进行仿真分析,验证了其可行性和有效性。     

Study on solving method for output signal of frequency resonant gyroscope

Microsystem Technologies - This paper proposed a kind of real-time online solving method based on the analog circuit for the output signal solution of frequency resonant gyroscope. This method...     

MEMS谐振陀螺实时自动模态匹配控制技术

为了消除温度对陀螺模态匹配的影响,提出了一种实现微机械谐振陀螺在温度-30～60℃内实时自动模态匹配控制方法。驱动模态和检测模态的谐振频率跟温度成线性关系,两轴的谐振频差与温度也成线性关系,该方法以驱动模态谐振频率作为温度参考而获得两模态谐振频差,根据谐振频差实时调节静电调谐电压,使得检测模态谐振频率与驱动模态谐振频率匹配。实验结果表明:检测谐振频率和驱动谐振频率在温度-30～60℃范围内,匹配误差不超过0. 3 Hz,验证了该方法的可行性、匹配精度,同时证明本文所采用的开环控制方案的有效性。     

MEMS陀螺误差辨识与补偿

由于制造工艺等原因,MEMS陀螺的随机漂移非常大,严重影响了系统的性能.通过自制的基于MEMS的捷联惯导系统的相关实验,对MEMS陀螺的确定性误差和随机误差分别进行了辨识和补偿.完成确定性误差补偿,对MEMS陀螺随机误差进行了时间序列分析,并建立了AR模型,根据所选模型参数建立了随机误差的系统方程,采用经典卡尔曼滤波进行随机误差补偿.实验结果说明:无论是静态下还是动态下,补偿后信号的方差都大大下降,说明了滤波效果较为明显,具有一定的工程应用价值.     

A method to simulate the vibrating characters of the resonator for resonant MEMS gyroscope

This paper proposes one study method of resonant MEMS gyroscope based on the circuit in order to solve problems such as long verification cycle and high cost of the MEMS gyroscope structure design. Firstly, on the basis of Euler–Bernoulli beam theory, this study establishes resonant beam vibration equation, obtains semi-Mathieu equation after normalization, namely parameter excitation characteristic equation of the frequency micro gyroscope, then deduces the characteristic equation in consideration of the damping condition, and uses the parameter perturbation method to study the output characteristic of gyroscope under ideal and damping states. Then, the analog circuit is innovatively used to obtain the characteristic equation of gyroscope under ideal and damping states, subsequently, the characteristic equation is normalized. It is realized that the dynamics equation is equivalent to the analog circuit. Finally, the experimental study is carried out, and experimental device for the frequency micro gyroscope harmonic oscillator parameter excitation characteristic is produced. Meanwhile, the analog circuit output waveform and frequency change correctness are verified by using the Runge–Kutta method and the parameter perturbation method, respectively. The experimental results show that the experiment device can be used to study the nonlinear vibration characteristics of the gyroscope.     

A novel method for finding the best excitation frequency of MEMS vibratory gyroscope

Microsystem Technologies - In this paper, a novel method is proposed for finding the best excitation signal frequency of the MEMS vibratory gyroscope sensors. In the proposed method, the amplitude...     

An analog circuit model for drive mode of MEMS vibratory gyroscope

Microsystem Technologies - In this paper, an analog circuit model for the drive mode of a two-degree-of-freedom MEMS vibratory gyroscope is presented. This model is implemented on a printed circuit...     

一种MEMS陀螺仪的标定方法研究

微机电系统(MEMS)陀螺仪的测量误差是影响微惯性导航系统精度的重要因素.为了提高微惯性导航系统的精度,提出了一种利用三轴转台完成MEMS陀螺仪的标定方法.根据MEMS陀螺仪的误差模型,设计了标定试验方案和误差模型参数的辨识方法,并通过小波阈值去噪的方法对陀螺的输出数据进行去噪处理.试验与仿真对比分析结果表明:经误差补偿和去噪后MEMS陀螺仪的测量精度提高1～2个数量级,同时验证了该标定方法的正确性、有效性.     

基于数字调节方法的MEMS陀螺零位补偿技术研究

针对环境温度影响导致MEMS陀螺零位输出变化较大的问题,设计了一种基于数字调节方法的零位补偿电路并提出了一种陀螺零位漂移特性的测试方法。该补偿电路依据陀螺内部温度传感器输出,实时调节补偿电路输出,实现零位补偿。采用全温(-40℃～+60℃)测试方法,研究得到陀螺零位漂移模型,再经过研究零漂值与补偿电路值之间的对应关系,求解出温度与补偿电路之间的数学模型。实验表明,采用该方法使陀螺零位在全温范围内稳定精度提高了一个数量级,证明了提出方法的可行性和有效性。