专利名称：一种电容式微机械加速度计温度补偿系统及其方法
技术领域：
本发明涉及温度补偿系统，尤其涉及一种电容式微机械加速度计温度补偿系统及其方法。
背景技术：
微机械加速度计因其体积小、功耗低、可批量产生等优点，逐渐在民用甚至军用领域得到重视。相比于其他类型加速度计，电容式微机械加速度计还具有检测简单、检测灵敏度高、对温度变化相对不敏感等优点，即便如此，温度还是影响电容式微机械加速度计检测精度的一个重要因素，增加温度补偿对于提高电容式微机械加速度计的精度非常重要。现有技术中的电容式微机械加速度计温度补偿装置将温度传感器固定在电容式微机械加速度传感器上，用以测量电容式微机械加速度传感器的温度变化，并将温度传感器的输出与加速度信号进行算法补偿，得到温度补偿后的加速度信号。现有的电容式微机械加速度计的温度补偿装置需要额外增加温度传感器。其中温度传感器可以是热敏电阻，也可以是集成温度传感器。现有的温度补偿装置若要实现温度补偿的功能，需要预先精确测量所使用的热敏电阻的电阻值与温度之间的函数关系或集成温度传感器的输出电压与温度之间的函数关系，以及电容式微机械加速度计中低通滤波器的输出电压与温度之间的函数关系，在此基础上构建温度补偿模型，设置温度补偿电路中补偿算法的相关参数，从而实现温度补偿的功能。温度传感器增加了系统硬件的复杂性， 并且热敏电阻和集成温度传感器在测量温度时其自身会引入一定的测量误差，同时由于电容式微机械加速度传感器的尺寸在毫米量级，而将其封装起来的金属管壳的尺寸在厘米量级，因此在封装内部存在一定的温度梯度，而温度补偿装置中的温度传感器置于加速度传感器金属管壳的外表面，因此温度传感器所测量得到的温度不能够准确的反映电容式微机械加速度传感器的真实温度，即温度的测量值存在一定的误差。因此，现有的温度补偿装置无法达到较高的补偿精度。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电容式微机械加速度计温度补偿系统及其方法。电容式微机械加速度计温度补偿系统包括电容式微机械加速度传感器、驱动信号产生电路、电容/电压转换电路、模拟带通滤波器、第一数/模转换器、模/数转换器、第二数/模转换器、第三数/模转换器和现场可编程门阵列芯片，电容式微机械加速度传感器的输出端与电容/电压转换电路的输入端连接，电容/电压转换电路的输出端与模/数转换器的输入端连接，模/数转换器的输出端与现场可编程门阵列芯片的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第一输出端与第一数/模转换器的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第二输出端与第二数/模转换器的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第三输出端与第三数/模转换器的输入端连接，第一数/模转换器的输出端与驱动信号产生电路的输入端连接，第二数/模转换器的输出端与模拟带通滤波器的输入端连接，驱动信号产生电路的输出端和模拟带通滤波器的输出端分别与电容式微机械加速度传感器的两个输入端连接；所述的现场可编程门阵列芯片内部完成载波产生/同步解调、谐振频率锁定和零偏温度补偿的功能，现场可编程门阵列芯片的第一输出端输出交流驱动信号，交流驱动信号经第一数/模转换器和驱动信号产生电路后输入电容式微机械加速度传感器，现场可编程门阵列芯片的第二输出端输出载波信号，载波信号经第二数/模转换器和模拟带通滤波器后输入电容式微机械加速度传感器，电容式微机械加速度传感器的输出信号经电容/电压转换电路转换成电压信号，经模/数转换器输入现场可编程门阵列芯片的输入端进行信号处理，电容式微机械加速度传感器的谐振频率随温度的变化可检测电容式微机械加速度传感器温度的变化，并作为电容式微机械加速度计系统输出信号的补偿参考信号进行温度补偿，温度补偿后的信号经现场可编程门阵列芯片的第三输出端由第三数/模转换器进行输出ο所述的电容式微机械加速度传感器包含静电驱动电极和位移检测电极。电容式微机械加速度计温度补偿方法的步骤如下
1)在时钟的控制下，现场可编程门阵列芯片的固定相位累加器输出周期性变化的相位值作为第一坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量Ztl,输入相位量Ztl是计算三角函数值的相位量；第一坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值Xtl设置为恒定的幅度控制常量，初始向量坐标值％设置为0，第一坐标旋转数字计算机算法模块的输出^和 yN分别给出输入相位量Ztl的正弦和余弦函数值，其中第一坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ作为现场可编程门阵列芯片的第二输出端，实现载波产生，载波信号经第二数/模转换器和模拟带通滤波器后输入电容式微机械加速度传感器，用以对电容式微机械加速度传感器的微弱电容信号进行调制，调制后的微弱电容信号经电容/电压转换电路转换成电压信号，电压信号作为待解调信号，由模/数转换器输入现场可编程门阵列芯片的输入端； 在时钟的控制下，现场可编程门阵列芯片的固定相位累加器输出的相位值与自动相位控制器输出的相位值通过相位修正器输出与待解调信号同步的相位，所述待解调信号即现场可编程门阵列芯片的输入端输入的信号，相位修正器输出的相位值作为第二坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量Ztl，输入相位量Ztl是计算三角函数值的相位量；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值Xtl设置为待解调信号，初始向量坐标值I0设置为0 ；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输出yN经第二数字低通滤波器后输入自动相位控制器，自动相位控制器通过将第二数字低通滤波器的输出信号控制在零值附近使得相位修正器输出的相位值与待解调信号的相位保持同步，完成同步解调；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ经第一数字低通滤波器后输出加速度检测信号；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ经数字带通滤波器后输出驱动位移检测信号；
2)在时钟的控制下，现场可编程门阵列芯片的可变相位累加器根据初始累加步长输出周期性变化的相位值作为第三坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量ζο，输入相位量 Z0是计算三角函数值的相位量；第三坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值 X0设置为一恒定的幅度控制常量，初始向量坐标值％设置为0，第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ和yN分别给出输入相位量Z0的正弦和余弦函数值，其中第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出ΧΝ作为现场可编程门阵列芯片的第一输出端，完成交流驱动信号产生，交流驱动信号经第一数/模转换器和驱动信号产生电路后输入电容式微机械加速度传感器，用以驱动电容式微机械加速度传感器振动；可变相位累加器输出的相位值同时作为第四坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量Ζο，输入相位量Ztl是计算三角函数值的相位量；第四坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值Xtl设置为如步骤1)所述的驱动位移检测信号，初始向量坐标值％设置为0 ；第四坐标旋转数字计算机算法模块的输出Xl^PyN分别经过第三数字低通滤波器和第四低通滤波器后输入反正切相位求解器， 反正切相位求解器输出驱动位移检测信号当前的相位值并作为环路控制器的输入；环路控制器将驱动位移检测信号当前的相位值与电容式微机械加速度计谐振时对应的相位值进行对比控制，将控制后的信号输入频率调整器，频率调整器根据输入信号调整可变相位累加器的累加步长，即更新第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出Xn输出信号的频率，并将新的累加步长输入至可变相位累加器，同时也作为频率表征信号输出，可变相位累加器根据新的相位累加步长进行相位周期性累加，在整个环路的作用下，可使第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出Xn输出信号的频率锁定在电容式微机械加速度传感器的谐振频率上，完成谐振频率锁定；
3)补偿量求解器根据补偿量与如步骤2)所述的频率表征信号的关系，由频率表征信号求解出补偿量，补偿量求解器的输出与如步骤1)所述的加速度检测信号作为加法器的两个输入端，加法器完成零偏温度补偿，加法器的输出作为现场可编程门阵列芯片的第三输出端，由第三数/模转换器输出电容式微机械加速度计温度补偿系统的输出信号。本发明与现有技术相比具有的有益效果是
1)本发明利用电容式微机械加速度传感器的谐振频率随温度的变化来检测电容式微机械加速度传感器温度的变化，并作为电容式微机械加速度计系统输出信号的补偿参考信号进行温度补偿。因此不需要热敏电阻或集成温度传感器来测量电容式微机械加速度传感器的温度，降低了温度补偿成本。2)本发明由于不需要热敏电阻或集成温度传感器，因此排除了温度测量误差对补偿精度的影响，提高了温度补偿精度。3)本发明的温度补偿装置由于不需要在电容式微机械加速度传感器上安装使用温度传感器，避免了电容式微机械加速度传感器的封装内因存在温度梯度而造成的温度测量误差，进一步提高了温度补偿精度。


图1是本发明中的电容式微机械加速度计温度补偿系统的装置连接关系图。图2是本发明中的现场可编程门阵列芯片内部载波产生/同步解调的实现框图。图3是本发明中的现场可编程门阵列芯片内部谐振频率锁定的实现框图。图4是本发明中的现场可编程门阵列芯片内部零偏温度补偿的实现框图。
具体实施例方式电容式微机械加速度传感器敏感外界的加速度信号，并将加速度信号转换为电容的变化，通过电容/电压转换电路将传感器内部的电容变化转换为电压变化，并经后级的处理电路即可得到输入加速度信号的大小，从而实现对加速度的检测。由于电容式微机械加速度传感器的关键单元是电容，但当温度改变时，电容的容值会发生变化，从而会引起系统零偏输出信号的变化，影响电容式微机械加速度计系统对真实加速度信号的检测。为了降低温度对电容式微机械加速度计系统输出信号的影响，就需要采用有效的温度补偿方法来提高电容式微机械加速度计系统的温度稳定性。电容式微机械加速度传感器是一个弹簧一质量块一阻尼二阶系统，本身存在谐振频率，该谐振频率由系统弹性系数和可动质量块质量决定。当温度改变时，可动质量块质量不发生变化，但系统弹性系数会发生变化，因而电容式微机械加速度传感器的谐振频率会随温度的变化而发生变化。利用电容式微机械加速度传感器的谐振频率与温度之间的关系，将谐振频率的变化作为电容式微机械加速度计系统输出信号的补偿参考信号，实现无温度传感器的温度补偿。该温度补偿装置由于不需要热敏电阻或集成温度传感器，因此排除了温度测量误差对补偿精度的影响，同时避免了加速度传感器的封装内因存在温度梯度而造成的温度测量误差，提高了温度补偿精度。如图1所示，电容式微机械加速度计温度补偿系统包括电容式微机械加速度传感器、驱动信号产生电路、电容/电压转换电路、模拟带通滤波器、第一数/模转换器、模/数转换器、第二数/模转换器、第三数/模转换器和现场可编程门阵列芯片，电容式微机械加速度传感器的输出端与电容/电压转换电路的输入端连接，电容/电压转换电路的输出端与模/数转换器的输入端连接，模/数转换器的输出端与现场可编程门阵列芯片的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第一输出端与第一数/模转换器的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第二输出端与第二数/模转换器的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第三输出端与第三数/模转换器的输入端连接，第一数/模转换器的输出端与驱动信号产生电路的输入端连接，第二数/模转换器的输出端与模拟带通滤波器的输入端连接，驱动信号产生电路的输出端和模拟带通滤波器的输出端分别与电容式微机械加速度传感器的两个输入端连接；所述的现场可编程门阵列芯片内部完成载波产生/同步解调、谐振频率锁定和零偏温度补偿的功能，现场可编程门阵列芯片的第一输出端输出交流驱动信号，交流驱动信号经第一数/模转换器和驱动信号产生电路后输入电容式微机械加速度传感器， 现场可编程门阵列芯片的第二输出端输出载波信号，载波信号经第二数/模转换器和模拟带通滤波器后输入电容式微机械加速度传感器，电容式微机械加速度传感器的输出信号经电容/电压转换电路转换成电压信号，经模/数转换器输入现场可编程门阵列芯片的输入端进行信号处理，电容式微机械加速度传感器的谐振频率随温度的变化可检测电容式微机械加速度传感器温度的变化，并作为电容式微机械加速度计系统输出信号的补偿参考信号进行温度补偿，温度补偿后的信号经现场可编程门阵列芯片的第三输出端由第三数/模转换器进行输出；
所述电容式微机械加速度传感器包含静电驱动电极和位移检测电极，均为差分电容结构，载波信号经模拟带通滤波器的滤波和放大后，输入电容式微机械加速度传感器的位移检测电极的差分公共端，驱动信号产生电路输出的静电驱动信号输入电容式微机械加速度传感器的静电驱动电极，从而电容式微机械加速度传感器的位移检测电极能同时敏感因外界加速度输入和静电力所引起的位移，并经电容/电压转换电路转换成电压信号进行后级信号处理。
电容式微机械加速度计温度补偿方法的步骤如下
1)如图2所示，在时钟的控制下，现场可编程门阵列芯片的固定相位累加器输出周期性变化的相位值作为第一坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量ζο，输入相位量Ztl是计算三角函数值的相位量；第一坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值^设置为恒定的幅度控制常量，初始向量坐标值％设置为0，第一坐标旋转数字计算机算法模块的输出^和yN分别给出输入相位量Ztl的正弦和余弦函数值，其中第一坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ作为现场可编程门阵列芯片的第二输出端，实现载波产生，载波信号经第二数/模转换器和模拟带通滤波器后输入电容式微机械加速度传感器，用以对电容式微机械加速度传感器的微弱电容信号进行调制，调制后的微弱电容信号经电容/电压转换电路转换成电压信号，电压信号作为待解调信号，由模/数转换器输入现场可编程门阵列芯片的输入端；在时钟的控制下，现场可编程门阵列芯片的固定相位累加器输出的相位值与自动相位控制器输出的相位值通过相位修正器输出与待解调信号同步的相位，所述待解调信号即现场可编程门阵列芯片的输入端输入的信号，相位修正器输出的相位值作为第二坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量ζο，输入相位量Ztl是计算三角函数值的相位量； 第二坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值Xo设置为待解调信号，初始向量坐标值％设置为0 ；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输出yN经第二数字低通滤波器后输入自动相位控制器，自动相位控制器通过将第二数字低通滤波器的输出信号控制在零值附近使得相位修正器输出的相位值与待解调信号的相位保持同步，完成同步解调；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ经第一数字低通滤波器后输出加速度检测信号；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ经数字带通滤波器后输出驱动位移检测信号；
第二坐标旋转数字计算机算法模块的输出Xn和yN经数字低通滤波器后是两路正交的解调结果，通过将第二数字低通滤波器的输出信号控制在零值附近，则根据三角函数正交解调的原理，第一数字低通滤波器的输出信号即为待解调信号的同步解调结果；待解调信号同时包含外界加速度信息和电容式微机械加速度传感器的振动信息，第一数字低通滤波器用以滤出外界加速度信息得到加速度检测信号，数字带通滤波器用以滤出电容式微机械加速度传感器的振动信息得到驱动位移信号，其中心频率设置在电容式微机械加速度传感器的谐振频率附近；自动相位控制器采用比例——积分控制器；
2)如图3所示，在时钟的控制下，现场可编程门阵列芯片的可变相位累加器根据初始累加步长输出周期性变化的相位值作为第三坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量 zQ，输入相位量Ztl是计算三角函数值的相位量；第三坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值Xtl设置为一恒定的幅度控制常量，初始向量坐标值％设置为0，第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ和yN分别给出输入相位量Ztl的正弦和余弦函数值，其中第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出Xn作为现场可编程门阵列芯片的第一输出端， 完成交流驱动信号产生，交流驱动信号经第一数/模转换器和驱动信号产生电路后输入电容式微机械加速度传感器，用以驱动电容式微机械加速度传感器振动；可变相位累加器输出的相位值同时作为第四坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量Ζο，输入相位量Ztl是计算三角函数值的相位量；第四坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值Xtl设置为如步骤1)所述的驱动位移检测信号，初始向量坐标值％设置为0 ；第四坐标旋转数字计算机算法模块的输出Xn和yN分别经过第三数字低通滤波器和第四低通滤波器后输入反正切相位求解器，反正切相位求解器输出驱动位移检测信号当前的相位值并作为环路控制器的输入；环路控制器将驱动位移检测信号当前的相位值与电容式微机械加速度计谐振时对应的相位值进行对比控制，将控制后的信号输入频率调整器，频率调整器根据输入信号调整可变相位累加器的累加步长，即更新第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出xN输出信号的频率，并将新的累加步长输入至可变相位累加器，同时也作为频率表征信号输出，可变相位累加器根据新的相位累加步长进行相位周期性累加，在整个环路的作用下，可使第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出XN输出信号的频率锁定在电容式微机械加速度传感器的谐振频率上，完成谐振频率锁定；
电容式微机械加速度传感器谐振时对应的驱动位移检测信号的相位值由开环下扫频测得；环路控制器采用比例——积分控制器；
3)如图4所示，补偿量求解器根据补偿量与如步骤2)所述的频率表征信号的关系，由频率表征信号求解出补偿量，补偿量求解器的输出与如步骤1)所述的加速度检测信号作为加法器的两个输入端，加法器完成零偏温度补偿，加法器的输出作为现场可编程门阵列芯片的第三输出端，由第三数/模转换器输出电容式微机械加速度计温度补偿系统的输出信号。 如步骤1)所述的加速度检测信号可表示为= +，其中是由外
部加速度输入产生的敏感信号，Bias(T)是电容式微机械加速度计系统的零偏输出信号， 是温度的函数；如步骤2)所述的频率表征信号也是温度的函数，表示为=,
其中/re^是电容式微机械加速度传感器的谐振频率，是温度的函数，α是频率表征信号与电容式微机械加速度传感器的谐振频率之间的比例系数；补偿量求解器的求解运算为 -Bms(Jm-l(Jfmiα》，实中Jm-1Q是电容式微机械加速度传感器的谐振频率和温度的反
函数；加法器的输出为念冗+ 郎(T)-5!啦(//^(及汉/ α))=獻,完成了温度补偿的功能。
权利要求
1.一种电容式微机械加速度计温度补偿系统，其特征在于包括电容式微机械加速度传感器、驱动信号产生电路、电容/电压转换电路、模拟带通滤波器、第一数/模转换器、模/ 数转换器、第二数/模转换器、第三数/模转换器和现场可编程门阵列芯片，电容式微机械加速度传感器的输出端与电容/电压转换电路的输入端连接，电容/电压转换电路的输出端与模/数转换器的输入端连接，模/数转换器的输出端与现场可编程门阵列芯片的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第一输出端与第一数/模转换器的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第二输出端与第二数/模转换器的输入端连接，现场可编程门阵列芯片的第三输出端与第三数/模转换器的输入端连接，第一数/模转换器的输出端与驱动信号产生电路的输入端连接，第二数/模转换器的输出端与模拟带通滤波器的输入端连接，驱动信号产生电路的输出端和模拟带通滤波器的输出端分别与电容式微机械加速度传感器的两个输入端连接；所述的现场可编程门阵列芯片内部完成载波产生/同步解调、谐振频率锁定和零偏温度补偿的功能，现场可编程门阵列芯片的第一输出端输出交流驱动信号， 交流驱动信号经第一数/模转换器和驱动信号产生电路后输入电容式微机械加速度传感器，现场可编程门阵列芯片的第二输出端输出载波信号，载波信号经第二数/模转换器和模拟带通滤波器后输入电容式微机械加速度传感器，电容式微机械加速度传感器的输出信号经电容/电压转换电路转换成电压信号，经模/数转换器输入现场可编程门阵列芯片的输入端进行信号处理，电容式微机械加速度传感器的谐振频率随温度的变化可检测电容式微机械加速度传感器温度的变化，并作为电容式微机械加速度计系统输出信号的补偿参考信号进行温度补偿，温度补偿后的信号经现场可编程门阵列芯片的第三输出端由第三数/ 模转换器进行输出。
2.根据权利要求1所述的一种电容式微机械加速度计温度补偿系统，其特征在于所述的电容式微机械加速度传感器包含静电驱动电极和位移检测电极。
3.一种使用如权利要求1所述系统的电容式微机械加速度计温度补偿方法，其特征在于它的步骤如下1)在时钟的控制下，现场可编程门阵列芯片的固定相位累加器输出周期性变化的相位值作为第一坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量Ztl,输入相位量Ztl是计算三角函数值的相位量；第一坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值Xtl设置为恒定的幅度控制常量，初始向量坐标值％设置为0，第一坐标旋转数字计算机算法模块的输出^和 yN分别给出输入相位量Ztl的正弦和余弦函数值，其中第一坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ作为现场可编程门阵列芯片的第二输出端，实现载波产生，载波信号经第二数/模转换器和模拟带通滤波器后输入电容式微机械加速度传感器，用以对电容式微机械加速度传感器的微弱电容信号进行调制，调制后的微弱电容信号经电容/电压转换电路转换成电压信号，电压信号作为待解调信号，由模/数转换器输入现场可编程门阵列芯片的输入端； 在时钟的控制下，现场可编程门阵列芯片的固定相位累加器输出的相位值与自动相位控制器输出的相位值通过相位修正器输出与待解调信号同步的相位，所述待解调信号即现场可编程门阵列芯片的输入端输入的信号，相位修正器输出的相位值作为第二坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量Ztl，输入相位量Ztl是计算三角函数值的相位量；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值Xtl设置为待解调信号，初始向量坐标值I0设置为0 ；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输出yN经第二数字低通滤波器后输入自动相位控制器，自动相位控制器通过将第二数字低通滤波器的输出信号控制在零值附近使得相位修正器输出的相位值与待解调信号的相位保持同步，完成同步解调；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输出Xn经第一数字低通滤波器后输出加速度检测信号；第二坐标旋转数字计算机算法模块的输出Xn经数字带通滤波器后输出驱动位移检测信号；2)在时钟的控制下，现场可编程门阵列芯片的可变相位累加器根据初始累加步长输出周期性变化的相位值作为第三坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量Ζο，输入相位量 Z0是计算三角函数值的相位量；第三坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值 X0设置为一恒定的幅度控制常量，初始向量坐标值％设置为0，第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ和yN分别给出输入相位量Z0的正弦和余弦函数值，其中第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出ΧΝ作为现场可编程门阵列芯片的第一输出端，完成交流驱动信号产生，交流驱动信号经第一数/模转换器和驱动信号产生电路后输入电容式微机械加速度传感器，用以驱动电容式微机械加速度传感器振动；可变相位累加器输出的相位值同时作为第四坐标旋转数字计算机算法模块的输入相位量Ζο，输入相位量Ztl是计算三角函数值的相位量；第四坐标旋转数字计算机算法模块的输入初始向量坐标值Xtl设置为如步骤1)所述的驱动位移检测信号，初始向量坐标值％设置为0 ；第四坐标旋转数字计算机算法模块的输出Xl^PyN分别经过第三数字低通滤波器和第四低通滤波器后输入反正切相位求解器， 反正切相位求解器输出驱动位移检测信号当前的相位值并作为环路控制器的输入；环路控制器将驱动位移检测信号当前的相位值与电容式微机械加速度计谐振时对应的相位值进行对比控制，将控制后的信号输入频率调整器，频率调整器根据输入信号调整可变相位累加器的累加步长，即更新第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出χΝ输出信号的频率，并将新的累加步长输入至可变相位累加器，同时也作为频率表征信号输出，可变相位累加器根据新的相位累加步长进行相位周期性累加，在整个环路的作用下，可使第三坐标旋转数字计算机算法模块的输出Xn输出信号的频率锁定在电容式微机械加速度传感器的谐振频率上，完成谐振频率锁定；3)补偿量求解器根据补偿量与如步骤2)所述的频率表征信号的关系，由频率表征信号求解出补偿量，补偿量求解器的输出与如步骤1)所述的加速度检测信号作为加法器的两个输入端，加法器完成零偏温度补偿，加法器的输出作为现场可编程门阵列芯片的第三输出端，由第三数/模转换器输出电容式微机械加速度计温度补偿系统的输出信号。
全文摘要
本发明公开了一种电容式微机械加速度计温度补偿系统及其方法，电容式微机械加速度计温度补偿系统包括电容式微机械加速度传感器、驱动信号产生电路、电容/电压转换电路、模拟带通滤波器、第一数/模转换器、模/数转换器、第二数/模转换器、第三数/模转换器和现场可编程门阵列芯片，电容式微机械加速度计温度补偿方法包括载波产生/同步解调、谐振频率锁定和零偏温度补偿三个步骤。本发明利用电容式微机械加速度传感器的谐振频率随温度的变化来检测电容式微机械加速度传感器温度的变化，并作为电容式微机械加速度计系统输出信号的补偿参考信号进行温度补偿。本发明降低温度补偿成本，排除温度测量误差对补偿精度的影响，提高温度补偿精度。
文档编号G01P15/125GK102435774SQ201110402038
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者刘义东, 朱辉杰, 胡世昌, 金仲和 申请人:浙江大学