電容式MEMS 加速度計非線性校準系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

丁濤濤 趙正前 車錄鋒

（浙江大學(xué)紹興研究院 浙江省紹興市 312035）

1 引言

微加速度計是基于微納加工工藝的一種微機電系統(tǒng)（micro-electro-mechanical systems, MEMS）慣性器件。相對于其他加速度計而言，電容式微加速度計由于抗過載能力強、溫度漂移小、信噪比高、穩(wěn)定性突出等優(yōu)點被廣泛地用于航天航空、地震勘探等高精度領(lǐng)域。然而高性能MEMS 電容式加速度計在制造和封裝過程中引入的殘余應(yīng)力及封裝應(yīng)力等會導(dǎo)致傳感器的輸出線性度變差，還會伴隨著零位偏移和正負標度因子不一致的問題。為確保加速度計的測量精度和性能的一致性，在應(yīng)用前必須對每個傳感器的非線性度等性能進行補償與校準。

對傳感器非線性度校準的方法通常由外部電容補償法、后期軟件補償法以及電路補償法，其中外部電容補償最為直接有效，可以從傳感器的敏感機理上消除非線性等誤差。然而傳統(tǒng)的補償與校準系統(tǒng)存在著處理方式復(fù)雜、效率低和工作量大的缺點，并且很難快速有效地獲取需要補償?shù)哪繕穗娙葜担@嚴重阻礙了傳感器批量化補償與校準進程。因此，開發(fā)一套簡潔化、高效率的快速校準系統(tǒng)十分必要。

本文首先介紹了微加速度計的敏感結(jié)構(gòu)及工作原理，隨后提出了傳感器的校準方法，通過電容補償法有效地消除了結(jié)構(gòu)的非對稱性，校準前后各靜態(tài)性能均由重力場翻滾法進行標定。根據(jù)這一校準方法，設(shè)計并搭建了快速校準系統(tǒng)，系統(tǒng)的最佳補償電容值由優(yōu)化后的兩點線性擬合法獲得，使用LabVIEW 軟件控制IIC 設(shè)備寫入傳感器模塊的閃存中，使其可以長期保存。……