一种MEMS惯性系统温度滞回误差分析方法技术方案

本发明专利技术提出了一种MEMS惯性系统的温度滞回误差分析方法，针对MEMS惯性器件温度滞回误差的两个来源，温度表征值与温度真值之间的温度差导致的温度延迟和惯性系统的安装和封装应力热迟滞效应，通过在惯性器件内集成温度传感器，比较不同安装状态下惯性系统输出与温度的关系，对系统各个组成部分及安装环节对温度滞回误差的影响进行分离，排除由于温度表征点和MEMS惯性传感器芯片存在物理距离造成的热传递延迟现象，能够准确定位温度滞回误差的来源。源。源。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS惯性系统温度滞回误差分析方法


[0001]本专利技术属于惯性
，特别是一种MEMS惯性系统温度滞回误差分析方法。

技术介绍

[0002]MEMS惯性系统(MEMS陀螺和MEMS加速度计)具有体积小、成本低、集成度高、抗过载能力强等特点，在导航制导、智能弹药领域有着广阔的应用前景。与其他传感器一样，MEMS惯性系统受温度影响较大，一般采用温度补偿的方式抑制温度误差，常见的方法是通过温度实验建立MEMS惯性系统温度模型，从而实现温度补偿模型。但是MEMS惯性系统温度特性中存在温度滞回现象，增加了温度补偿模型的复杂性，同时严重影响了MEMS惯性系统温度误差建模精度和补偿精度。MEMS惯性系统温度滞回的来源可分为两部分，一是由于惯性系统测试过程中温度表征点和MEMS惯性传感器芯片之间的温度梯度产生的热传递延迟，二是惯性系统中组装和封装环节带来的热迟滞效应。温度滞回抑制了MEMS惯性系统温度性能，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种MEMS惯性系统的温度滞回误差分析方法，为温度滞回误差的抑制提供指导。
[0004]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0005]一种MEMS惯性系统的温度滞回误差分析方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、实现MEMS惯性传感器芯片温度滞回的测试：
[0007]将MEMS惯性传感器圆片固定在温控探针台上，利用圆片级测试电路与MEMS惯性传感器芯片互连，用以驱动MEMS惯性传感器，并采集其输出，在所需要测试的MEMS 惯性传感器芯片上贴上温度传感器，进行常值温变速率的升降温实验，采集MEMS惯性传感器芯片输出和温度传感器输出，得到MEMS惯性传感器芯片的输出与温度的关系曲线B1；
[0008]步骤2、实现MEMS惯性器件温度滞回的测试，分离出MEMS惯性传感器芯片封装环节产生的温度滞回：
[0009]将MEMS惯性传感器圆片划片，得到单个的MEMS惯性传感器芯片，在MEMS 惯性传感器芯片上贴温度传感器，将MEMS惯性传感器芯片封装；
[0010]将MEMS惯性器倒置放置在MEMS惯性传感器测控电路PCB板的开孔中，通过导线与PCB板上的焊盘电连接；将PCB板固定在工装上，MEMS惯性器件倒置；
[0011]进行常值温变速率的升降温实验，采集MEMS惯性器件输出和温度传感器输出，得到MEMS惯性器件输出与温度的关系曲线B2；
[0012]将B1、B2曲线的升温段和降温段的陀螺输出在相同温度下对应相减，得到的曲线则为MEMS惯性传感器芯片封装环节产生的温度滞回误差；
[0013]步骤3、分离MEMS惯性器件与PCB板焊接环节产生的温度滞回：
[0014]将MEMS惯性器件焊接在MEMS惯性传感器测控电路PCB板上，将MEMS惯性传感器测
控电路PCB板悬挂在温控箱内，进行常值温变速率的升降温实验，采集MEMS 惯性器件输出和温度传感器输出，得到MEMS惯性器件输出与温度的关系曲线B3，将 B3、B2曲线的升温段和降温段的陀螺输出在相同温度下对应相减，得到MEMS惯性器件与MEMS惯性传感器测控电路PCB板焊接环节产生的温度滞回误差；
[0015]步骤4、分离PCB板及其固定产生的温度滞回：
[0016]将焊接好的MEMS惯性器件和MEMS惯性传感器测控电路PCB板安装在工装上，进行常值温变速率的升降温实验，采集MEMS惯性器件输出和温度传感器输出，得到 MEMS惯性器件输出与温度的关系曲线B4，将B4、B3曲线的升温段和降温段的陀螺输出在相同温度下对应相减，从而得到MEMS惯性传感器测控电路PCB板及其固定对陀螺温度滞回的影响；
[0017]步骤5、分离金属外壳产生的温度滞回：
[0018]将焊接好的MEMS惯性器件和MEMS惯性传感器测控电路PCB板安装在金属外壳内，形成了MEMS惯性系统；将金属外壳悬挂在温控箱内，进行常值温变速率的升降温实验，采集MEMS惯性器件输出和温度传感器输出，得到MEMS惯性器件输出与温度的关系曲线B5，将B5、B4曲线的升温段和降温段的陀螺输出在相同温度下对应相减，从而得到金属外壳产生的温度滞回误差；
[0019]步骤6、分离金属外壳固定产生的温度滞回：
[0020]将组装好的MEMS惯性系统，通过金属外壳安装在工装上，进行常值温变速率的升降温实验，采集MEMS惯性器件输出和温度传感器输出，得到MEMS惯性器件输出与温度的关系曲线B6，将B6、B5曲线的升温段和降温段的陀螺输出在相同温度下对应相减，得到金属外壳安装环节产生的温度滞回误差。
[0021]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0022](1)通过逐步分解，实现MEMS惯性系统各个组成部分所产生的温度滞回误差，明晰了各个部分的作用；采用自由悬挂法，分离了安装环节对MEMS惯性系统温度滞回误差的影响，方法简单可靠易操作，可适用于其他MEMS传感器的温度滞回误差分析。
[0023](2)在MEMS惯性传感器芯片表面贴装温度传感器，使得温度表征值无限接近MEMS 惯性传感器，排除了由于温度表征点和MEMS惯性传感器芯片之间存在的物理距离所造成的热传递延迟，消除了温度表征不准确导致的温度滞回误差。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的MEMS惯性器件系统构成示意图。
[0025]图2为本专利技术的MEMS惯性传感器芯片温度滞回测试系统示意图。
[0026]图3为本专利技术的MEMS惯性系统温度滞回试验分离流程图。
[0027]图4为本专利技术的MEMS惯性器件系统输出随温度变化曲线示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。
[0029]本实施例的一种MEMS惯性器件的温度滞回误差的实验分离方法，针对MEMS惯性器件温度滞回误差的两个来源，温度表征值与温度真值之间的温度差导致的温度延迟和惯性系统的安装和封装应力热迟滞效应，通过在惯性器件2内集成温度传感器5，比较不同安装
状态下惯性系统输出与温度的关系，对系统各个组成部分及安装环节对温度滞回误差的影响进行分离，准确定位温度滞回误差的来源。
[0030]结合图1，MEMS惯性系统1包括MEMS惯性器件2、MEMS惯性传感器测控电路PCB板3以及用作隔离外界环境和提供机械支撑的金属外壳4。其中，MEMS惯性器件2包括MEMS惯性传感器芯片21和陶瓷或金属管壳22。由于MEMS惯性传感器芯片与外界环境存在温度梯度，存在热传递的时间延迟，采用外部测温传感器做温度表征时，升降温过程中必然会导致温度滞回现象。在MEMS惯性器件内部集成温度传感器5，使得测温点最大限度接近MEMS惯性传感器，排除由于温度表征点和温度真值存在物理距离造成的热传递延迟现象。
[0031]结合图2、3和4，温度滞回试验分离具体步骤如下：
[0032]步骤一、实现MEMS惯性传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS惯性系统的温度滞回误差分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、实现MEMS惯性传感器芯片温度滞回的测试：将MEMS惯性传感器圆片固定在温控探针台上，利用圆片级测试电路与MEMS惯性传感器芯片互连，用以驱动MEMS惯性传感器，并采集其输出，在所需要测试的MEMS惯性传感器芯片上贴上温度传感器，进行常值温变速率的升降温实验，采集MEMS惯性传感器芯片输出和温度传感器输出，得到MEMS惯性传感器芯片的输出与温度的关系曲线B1；步骤2、实现MEMS惯性器件温度滞回的测试，分离出MEMS惯性传感器芯片封装环节产生的温度滞回：将MEMS惯性传感器圆片划片，得到单个的MEMS惯性传感器芯片，在MEMS惯性传感器芯片上贴温度传感器，将MEMS惯性传感器芯片封装；将MEMS惯性器倒置放置在MEMS惯性传感器测控电路PCB板的开孔中，通过导线与MEMS惯性传感器测控电路PCB板上的焊盘电连接；将MEMS惯性传感器测控电路PCB板固定在工装上，MEMS惯性器件倒置；进行常值温变速率的升降温实验，采集MEMS惯性器件输出和温度传感器输出，得到MEMS惯性器件输出与温度的关系曲线B2；将B1、B2曲线的升温段和降温段的陀螺输出在相同温度下对应相减，得到的曲线则为MEMS惯性传感器芯片封装环节产生的温度滞回误差；步骤3、分离MEMS惯性器件与PCB板焊接环节产生的温度滞回：将MEMS惯性器件焊接在MEMS惯性传感器测控电路PCB板上，将MEMS惯性传感器测控电路PCB板悬挂在温控箱内，进行常值温变速率的升降温实验，采集MEMS惯性器件输出和温度传感器输出，得到MEMS惯性器件输出与温度的关系曲线B3，将B3、B2曲线的升温段和降温段的陀螺输出在相同温度下对应相减，得到MEMS惯性器件与PCB板焊接环节产生的温度滞回误差；步骤4、分离PCB板及其固定产生的温度滞回：将焊接好的MEMS惯性器件和MEMS惯性传感器测控电路PCB板安装在工装上，进行常值...

【专利技术属性】
技术研发人员：施芹，黄锦阳，裘安萍，赵阳，夏国明，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：