MEMS惯性传感器变动态条件温度误差补偿技术研究

• 作 者: 包旭馨
• 出 处: 浙江大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 变动态条件 温度调制法 MEMS惯性传感器 函数拟合法 恒温控制法

随着MEMS惯性传感器的不断发展,它在导航系统中的应用越来越普遍,对其精度的关注度越来越高。对MEMS惯性传感器来说,其工艺决定了它的误差大部分是由温度引起的。现有的温度补偿方法主要是在静态条件下进行的,没有考虑运动条件尤其是变动态条件下的温度误差。而MEMS惯性传感器在实际导航使用中,一般不可能一直处在静态条件。因此,研究动态或变动态条件下的温度误差及其补偿方法很有必要。本文针对MEMS惯性传感器变动态条件的温度误差开展了分析和实验研究。首先,通过实验和仿真对比表明函数拟合法补偿后和恒温控制法补偿后的MEMS惯性传感器在变动态条件下的误差远大于芯片标准误差。并且通过多种变动态状态对比,说明不同运动状态产生的误差并不相同,很难用单一函数进行补偿。接着,针对以上实验现象,分析了变动态条件下温度误差的产生机理,提出了温度调制方法并在原理上验证了该方法的可行性。根据公式推导以及仿真验证,确定了采样频率、温度波动频率、温度波动幅度、平均温度值等参数对调制结果的影响。然后,对MEMS惯性传感器进行了自身热阻及其外围电路的温度场仿真。针对大功率器件会对传感器的温度场造成干扰的问题,提出了温控区域独立化的PCB设计。最后,对温控区域进行了温度场仿真。通过调整加热时间进行温度调制仿真分析,验证了该温控区域温度调制的可行性。最后,设计并实现了系统样机,验证了温度调制补偿方法的补偿效果。并将补偿效果与函数拟合法、恒温控制法的补偿效果相比,姿态角漂移至少减小了12.26%,幅度变化至少减小了 3%。在实验环境下表明了温度调制方法的有效性。