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MEMS加速度计温度补偿方法研究

刘滔  
【摘要】:MEMS加速度计是用来测量运动物体加速度的传感器,被广泛应用于航天航空航、智能手机和可穿戴设备、生物医疗、交通运输等领域。但是MEMS加速度计的性能易受到工艺、材料、环境等因素的影响。因为MEMS加速度计由硅材料制作,其性能受温度影响比较突出,从而导致精度下降。因此,研究合理的措施减小温度变化造成的不良影响具有工程应用意义和实用价值。本文以扭摆式硅微加速度计SD6068作为研究对象,研究了MEMS加速度计温度补偿方法。主要工作如下:(1)研究了加速度计SD6068的内部结构及其工作原理,并在此基础上分析了加速度计的温度特性。采用多项式曲面拟合、广义回归神经网络拟合、支持向量机回归建立加速度计温度补偿模型,并总结了几种方法补偿的优缺点,为选择合适的补偿方法奠定了理论基础。(2)设计了基于微处理器STM32F405RGT6的实时温度补偿系统方案,包括硬件电路系统模块和软件系统模块。(3)实现了加速度计实时温度补偿系统,系统可采用支持向量机回归或者多项式拟合温度补偿算法对加速度计进行实时温度补偿。参照相关测试标准,对温度补偿系统进行了实时温度补偿测试。实验结果表明,经过支持向量机回归补偿后,加速度计的标度因数温度系数、全温零偏极差、非线性度分别由补偿前的264ppm/C°、71.98mg、2.07%降低到105ppm/C°、10.31mg、0.25%;经多项式拟合补偿后,加速度计的标度因数温度系数、全温零偏极差、非线性度分别降低到149ppm/C°、14.19mg、0.37%。可见补偿后加速度计的性能得到比较明显的改进,证明了多项式拟合和SVM回归建立的温度补偿模型的有效性和可行性,具有实际应用意义。


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