Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Bù Đắp Độ Lệch Nhiệt Độ Bằng Phương Pháp Giai Đoạn Cho Cảm Biến Gia Tốc MEMS Sử Dụng Tụ Điện Tuning Đôi Mặt Băng Song Song
Tóm tắt
Bài báo này báo cáo một phương pháp bù đắp độ lệch nhiệt độ trong quá trình hoạt động dựa trên hiệu chỉnh theo pha cho cảm biến gia tốc MEMS có tụ điện băng song song cả hai mặt (DSPP) và khả năng điều chỉnh độ cứng. Độ lệch nhiệt độ của các thành phần của cảm biến gia tốc được đặc trưng, và các mô hình phân tích được xây dựng dựa trên kết quả lệch đo được. Kết quả cho thấy rằng độ lệch nhiệt độ của độ lệch đầu ra gia tốc chủ yếu bị chi phối bởi độ cứng cơ học nhạy cảm. Một tín hiệu kích thích AC ngoài băng thông được giới thiệu để kích thích cảm biến gia tốc, và sự can thiệp vào phép đo gia tốc được giảm thiểu. Giai đoạn đã giải điều chế của phản hồi được kích thích cho thấy mối quan hệ đơn điệu với độ cứng hiệu quả của cảm biến gia tốc. Thông qua phương pháp bù đắp trực tuyến được đề xuất, độ lệch nhiệt độ của độ cứng hiệu quả có thể được phát hiện thông qua giai đoạn đã giải điều chế và bù đắp theo thời gian thực bằng cách điều chỉnh điện áp điều chỉnh độ cứng của các tụ điện DSPP. Hệ số lệch nhiệt độ (TDC) của cảm biến gia tốc được giảm từ 0.54 xuống 0.29 mg/°C, và sự bất ổn định độ lệch Allan khoảng 2.8 μg không bị ảnh hưởng xấu. Đồng thời, sự kéo vào do độ lệch nhiệt độ của độ cứng hiệu quả có thể được ngăn chặn. TDC có thể tiếp tục giảm xuống 0.04 mg/°C thông qua một hiệu chỉnh ngoại tuyến bổ sung dựa trên giai đoạn sóng mang đã giải điều chế, đại diện cho độ lệch nhiệt độ của mạch đọc.
Từ khóa
#Gia tốc MEMS #Bù đắp độ lệch #Tụ điện DSPP #Độ cứng #Độ lệch nhiệt độTài liệu tham khảo
Zhao J, Jia J, Wang H, Li W (2007) A novel threshold accelerometer with postbuckling structures for airbag restraint systems. IEEE Sens 7:1102–1109. https://doi.org/10.1109/JSEN.2007.897936
Tian Y, Chen W (2016) MEMS-based human activity recognition using smartphone. In: 35th Chinese control conference, pp 3984–3989. https://doi.org/10.1109/ChiCC.2016.7553975
Nyan MN, Tay FEH, Manimaran M, Seah KHW (2006) Garment-based detection of falls and activities of daily living using 3-axis MEMS accelerometer. J Phys Conf Ser. https://doi.org/10.1088/1742-6596/34/1/175
He Q, Zeng C, He X, Xu X, Lin Z (2018) Calibrating accelerometers for space-stable inertial navigation systems at system level. J Int Meas Confed 127:472–480. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.05.107
Li T, Liu Y, Dong J, Liu J (2010) Temperature characteristics of micro accelerometers with constant temperature chip sensor. J Tsinghua Univ 50(7):1013–1017
He J, Xie J, He X, Du L, Zhou W (2016) Analytical study and compensation for temperature drifts of a bulk silicon MEMS capacitive accelerometer. Sens Actuators A 239:174–184. https://doi.org/10.1016/j.sna.2016.01.026
Ko H, Cho D-I (2010) Highly programmable temperature compensated readout circuit for capacitive microaccelerometer. Sens Actuators A 158(1):72–83. https://doi.org/10.1016/j.sna.2009.12.017
Myers DR, Azevedo RG, Chen L, Mehregany M, Pisano AP (2012) Passive substrate temperature compensation of doubly anchored double-ended tuning forks. J Microelectromech Syst 21(6):1321–1328. https://doi.org/10.1109/JMEMS.2012.2205903
Zhang H, Wei X, Gao Y, Cretu E (2020) Analytical study and thermal compensation for capacitive MEMS accelerometer with anti-spring structure. J Microelectromech Syst 29(5):1389–1400. https://doi.org/10.1109/JMEMS.2020.3011949
Xiao D, Xia D, Li Q, Wu Y, Chen Z, Wu X (2015) A temperature self-calibrating torsional accelerometer with fully differential configuration and integrated reference capacitor. IEEE Sensors. https://doi.org/10.1109/ICSENS.2015.7370428
Talha K and Taufun K A (2016) Temperature compensation of a capacitive MEMS accelerometer by using a MEMS oscillator. In: IEEE international symposium on inertial sensors and systems, pp 33–36. https://doi.org/10.1109/ISISS.2016.7435538
Jungshin L, Jaewook R (2012) Temperature compensation method for the resonant frequency of a differential vibrating accelerometer using electrostatic stiffness control. J Micromech Microeng 22(9):95016–95111. https://doi.org/10.1088/0960-1317/22/9/095016
Du J, Guo Y, Lin Y, Zheng X, Jin Z (2017) A real-time temperature compensation algorithm for a force-rebalanced MEMS capacitive accelerometer based on resonant frequency. In: IEEE 12th international conference on nano/micro engineered and molecular systems (NEMS), pp 214–217. https://doi.org/10.1109/NEMS.2017.8017009
Liu Y, Ma T (2018) Parasitic resistance-based high precision capacitive MEMS accelerometer phase shift and its usage for temperature compensation. IEEE Sens J 18(2):629–634. https://doi.org/10.1109/JSEN.2017.2777864
Ma M, Jin Z, Zhu H (2015) A combined modulated feedback and temperature compensation approach to improve bias drift of a closed-loop MEMS capacitive accelerometer. Front Inf Technol Electron Eng 16(6):497–510. https://doi.org/10.1631/FITEE.1400349
Zhang T, Ma Z, Jin Y, Ye Z, Zheng X, Jin Z (2022) Characterization and compensation of thermal bias drift of a stiffness-tunable MEMS accelerometer. J Micromech Microeng 32(7):75002. https://doi.org/10.1088/1361-6439/ac70a5
Zhang T, Ma Z, Jin Y, Ye Z, Zheng X, Jin Z (2022) A stiffness-tunable MEMS accelerometer with in-operation drift compensation. In: IEEE international conference on manipulation, manufacturing and measurement on the nanoscale (3M-NANO), Tianjin, China, pp 113–116. https://doi.org/10.1109/3M-NANO56083.2022.9941622
Guo Y, Ma Z, Zhang T, Jin Y, Zheng X, Jin Z (2021) Stabilization control of a MEMS accelerometer with tuned quasi-zero stiffness. IEEE Sens J 21(24):27361–27373. https://doi.org/10.1109/JSEN.2021.3126020
Guo Y, Ma Z, Zhang T, Zheng X, Jin Z (2020) A stiffness-tunable MEMS accelerometer. J Micromech Microeng 31(2):25005. https://doi.org/10.1088/1361-6439/abcedb
Ma Z, Jin X, Guo Y, Zhang T, Jin Y, Zheng X, Jin Z (2021) Pull-in dynamics of two MEMS parallel-plate structures for acceleration measurement. IEEE Sens J 21(16):17686–17694. https://doi.org/10.1109/JSEN.2021.3083784
Jin Y, Ma Z, Ye Z, Zhang T, Wang H, Zheng X, Jin Z (2022) A self-centering MEMS accelerometer based on double-sided parallel plates. In: Proceedings of the Asia-Pacific conference on transducers and micro-nano technology 2022. APCOT