微型惯性传感器件的芯核建模方法及芯核库技术

本发明专利技术涉及一种微型惯性传感器件的芯核建模方法及其芯核库，属于微机电系统的设计领域。技术特征在于：根据机械和电学两个能量域，以机械行为建模方法和力电耦合行为建模方法建立机械和电学的微结构行为模型，再根据芯核模型定义方法形成微惯性传感器件的可重用芯核。以及根据上述建模方法建立的芯核库：在三维空间内建立ＭＥＭＳ惯性器件的典型功能结构部件的参数化芯核模型，芯核模型的集合形成芯核库。本发明专利技术的提出对建立ＭＥＭＳ惯性器件的功能结构部件的芯核模型具有普遍的理论指导意义，为ＭＥＭＳ惯性传感器件的系统级建模方法的工具化奠定基础。可重用芯核库为微陀螺、微加速度计，研究开发先进的微机械陀螺及加速度计等提供支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微型惯性传感器件的芯核建模方法及其芯核库，属于微机电系统的设计领域。是针对惯性微机电系统以及典型静电微执行器和静电检测微传感器的计算机辅助设计。
技术介绍
基于MEMS技术的惯性传感器件，如微加速度计、微陀螺以及微惯性测量组合等是MEMS器件研究的重要类型。基于MEMS技术的微惯性传感器件是融电路与微机械结构为一体的系统，对其整体行为(系统级行为)的建模与仿真分析是其计算机辅助设计的重点与难点。基于可重用芯核(Intellectual Property，IP)的建模方法是实现MEMS器件系统级建模的有效方法，该方法把MEMS分割为多个功能结构部件，选用与功能结构部件对应的芯核模型并通过设定芯核参数和联结芯核对应端口形成的网络作为整个微系统的系统级模型。这种方法需要功能结构部件的参数化可重用芯核模型的支持。由此，建立微惯性传感器件的可重用芯核模型成为国际针对MEMS惯性器件建模的重要研究内容。美国Carnegie Mellon大学的NODAS采用混合信号硬件描述语言MAST建立了作平面运动的典型MEMS功能结构部件(如梁、质量块等)的可重用芯核，这些芯核模型局限于建立作平面运动惯性MEMS器件的系统级模型。类似地，美国UC Berkeley在MATLAB平台上建立了支持惯性MEMS器件的系统级建模的可重用芯核，但由于其采用MATLAB语言编程，使模型不便于与电路模型集成以实现混合信号仿真。目前，关于微惯性传感器件的可重用芯核的建模在国内尚无相关文献报道。
技术实现思路
为避免现有技术的缺陷，本专利技术提出了一种微型惯性传感器件的芯核建模方法及其芯核库，研究建立MEMS惯性传感器件的功能结构部件的可重用芯核模型的一般方法，基于此，在三维空间内针对典型MEMS惯性传感器件建立可重用芯核模型库，为MEMS惯性传感器件的系统级建模方法的工具化奠定基础。MEMS惯性传感器件作为基于MEMS技术的传感器件的重要类型，本专利技术的提出对建立MEMS惯性器件的功能结构部件的芯核模型具有普遍的理论指导意义，为MEMS惯性传感器件的系统级建模方法的工具化奠定基础。MEMS惯性传感器件的可重用芯核库为革新我国落后的微陀螺、微加速度计，研究开发先进的微机械陀螺及加速度计等提供支撑，也为缩短我国与国际上MEMS系统级设计技术之间的差距提供方法和技术上的支持。本专利技术的技术特征在于MEMS惯性传感器件一般涉及到两个能量域机械和电学。根据机械和电学两个能量域，以机械行为建模方法和力电耦合行为建模方法建立机械和电学的微结构行为模型，再根据芯核模型定义方法形成微惯性传感器件的可重用芯核。所述的机械行为建模方法是根据惯性微系统是通过芯片内的功能结构部件的相对运动原理测量芯片的非惯性运动，为了便于获取功能结构部件在芯片中的行为模型，在不同的坐标系中考查部件的行为，以建立惯性MEMS功能结构部件行为模型。先建立局部坐标系中的行为模型，然后将该行为模型进行转换得到总体坐标系中的行为模型。所述的局部坐标系中的行为模型是局部坐标系的选择原则是便于采用解析法建立功能结构部件的行为方程。把功能结构部件离散化，离散化的点称为端点，根据使用的方便性选择合适的端点描述微结构的行为。设在微结构上选择了n个端点描述微结构的行为，则在三维空间内各端点上的作用力和位移可分别表示为Fi′＝T(i＝1，…n)ri′＝T(i＝1，…，n)式中Fi′ri′分别表示第i个端点的位移和作用力。则功能结构部件在局部坐标系的行为模型可表示为F1′=f1′(r1′,r·1′,r··1′,···,ri′,r·i′,r··i′,···,rn′,r·n′,r··n′)F2′=f2′(r1′,r·1′,r··1′,···,ri′,r·i′,r··i′,···,rn′,r·n′,r··n′)·······Fn′=fn′(r1′,r·1′,r··1′,···,ri′,r·i′,r··i′,···,rn′,r·n′,r··n′).]]>所述的总体坐标系中的行为模型是由于功能结构部件在芯片中具有不同的初始方位角，为了反映部件在芯片中的初始方位，需要把其行为模型向总体坐标系(总体坐标系固连于MEMS芯片)转换。设T为总体坐标系和局部坐标系间的方向余弦矩阵，则功能结构部件在总体坐标系中的行为模型为F1=f1(r1,r·1,r··1,···,ri,r·i,r··本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型惯性传感器件的芯核建模方法，其特征在于：根据机械和电学两个能量域，以机械行为建模方法和力电耦合行为建模方法建立机械和力电耦合微结构行为模型，再根据芯核模型定义方法形成微惯性传感器件的可重用芯核。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苑伟政，霍鹏飞，马炳和，齐大勇，常洪龙，李伟剑，姜澄宇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]