一种基于空间热流动态分析的制造技术

一种基于空间热流动态分析的

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间热流动态分析的MEMS器件温漂误差测试方法


[0001]本专利技术属于新型传感器件领域，具体涉及一种
MEMS
器件温漂误差测试方法
。

技术介绍

[0002]步入
21
世纪后，为实现科学技术的全面突破，人类对于自然资源的需求不断增加，例如，能源矿产
、
稀土
、
有色金属
、
森林等
。
然而，人类正在面临着因资源过度开发而导致的技术发展瓶颈的新局面，这进一步限制了当前人类科技的发展，如何有效扭转自然资源匮乏带来的不利局面是目前急需解决的关键问题
。
因此，人类对未踏足过的陌生区域的自然资源的探索欲越加强烈，并且近些年人类的探索步伐正由地球的地表和地下转向浩瀚宇宙
。
宇宙中存在着众多星球，其中必定蕴藏着丰富的
、
可被持续利用的自然资源，甚至可能存在着能够支持地球生命生存的理想环境
。
由于深空环境极其恶略，高低温环境
、
缺氧
、
射线辐射等恶略条件无不威胁着生命安全，无人系统当仁不让地成为人类开发深空任务的主力军和生力军
。
例如，全天候无人机监测系统
、
微型卫星
、
中继卫星月球车
、
火星车等
。
[0003]无人探测车是宇宙星球探测任务的先行者，其可为成功登陆提供必要的考察资料
。
由于受到当前运载火箭的推力限制，其所搭载的探测设备必须具有小体积
、
低功耗
、
稳定可靠的技术优势
。
因此，这使得无人探测车需搭载小型化的探测设备执行任务，
MEMS
器件是最佳选择，例如，
MEM
加速度计
、MEMS
陀螺仪
、MEMS
磁力计
、MEMS
气压计
、MEMS
温度计等
。MEMS
器件由具有温度依赖性的硅基材料加工而成，考虑到宇宙的环境温度约为
‑
180℃
～
130℃
，环境温度急剧变化会导致硅基材料的物理特性改变，进而激励
MEMS
器件温漂误差并降低其输出精度
。
例如，以输出灵敏度为
±
0.00875
°
/s
的某型
MEMS
陀螺仪为例，若环境温度改变
10℃
，其输出温漂误差约为
0.7
°
/s。
该温漂误差会激励导航系统输出随时间累积的导航误差，并给载体安全稳定运行带来潜在隐患
。
因此，温漂误差严重地制约了
MEMS
器件在全领域
、
全天候
、
全气候条件下的应用和推广，有效补偿
MEMS
器件温漂误差是解耦
MEMS
器件对环境温度的依赖性
、
提升
MEMS
器件的环境适应性及其精准性的关键
。
[0004]基于此，精准补偿
MEMS
器件温漂误差取决于三个因素，一是精准溯源激励温漂误差的环境温度相关量，以此构建精准的
MEMS
器件温漂误差模型；二是准确复现环境温度相关量与温漂误差间的复杂关系，避免全局非精准地或局部最优地描述温漂误差的情况；三是准确考核温漂误差，为准确辨识
MEMS
器件温漂误差模型参数提供较好的数据基础
。
由此可知，准确考核温漂误差是精准补偿
MEMS
器件温漂误差的根本，只有
MEMS
器件温漂误差测试准确，
MEMS
器件温漂误差模型的构建和辨识的精准性才能得到有效保证
。
然而，传统的
MEMS
器件温漂误差精密测试方法没有深入分析
MEMS
器件温漂误差测试过程，导致
MEMS
器件温漂误差精密测试方法的参数设计不够全面，尤其是温度控制时间和温度控制间隔设计过于依赖于人为经验，进而造成
MEMS
器件温漂误差测试存在误差测试精准性低
、
测试控制实时性差等问题
。
因此，精准测量
MEMS
器件温漂误差是有效解耦硅基材料的温度依赖性
、
提升
MEMS
器件的环境适应性的基础，提出一种新的
MEMS
器件温漂误差测试方法以解决现有测试方法的精准性低
、
测试控制实时性差等问题是十分必要的
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为解决现有测试方法的精准性低
、
测试控制实时性差的问题，而提出了一种基于空间热流动态分析的
MEMS
器件温漂误差测试方法，以精准
、
高效地对
MEMS
器件温漂误差进行精密测试
。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
[0007]一种基于空间热流动态分析的
MEMS
器件温漂误差测试方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0008]步骤一
、
将
MEMS
器件安装于密闭的高低温箱内部，再将温度传感器安装在
MEMS
器件表面；
[0009]步骤二
、
将高低温箱内的环境温度降低至
MEMS
器件的最低工作温度
T
L
，并将环境温度保持在温度
T
L
直至测试
PC
接收到的
MEMS
器件输出数据
D
test
和温度传感器测量的温度数据均稳定时，记录
MEMS
器件的环境温度
T
test
和
MEMS
器件输出的数据
D
test
；
[0010]步骤三
、
设置温度控制间隔为
Δ
T、
温度控制时间为
t
p
；
[0011]将最低工作温度下，
MEMS
器件输出数据
D
test
和温度传感器测量的温度数据均稳定的时刻记为
t0，从时刻
t0开始，以
Δ
T/t
p
的速率匀速提升高低温箱内的环境温度，直至高低温箱内的环境温度升高至
MEMS
器件的最高工作温度
T
H
后，再维持
MEMS
器件输出数据和温度传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于空间热流动态分析的
MEMS
器件温漂误差测试方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤一
、
将
MEMS
器件安装于密闭的高低温箱内部，再将温度传感器安装在
MEMS
器件表面；步骤二
、
将高低温箱内的环境温度降低至
MEMS
器件的最低工作温度
T
L
，并将环境温度保持在温度
T
L
直至测试
PC
接收到的
MEMS
器件输出数据
D
test
和温度传感器测量的温度数据均稳定时，记录
MEMS
器件的环境温度
T
test
和
MEMS
器件输出的数据
D
test
；步骤三
、
设置温度控制间隔为
Δ
T、
温度控制时间为
t
p
；将最低工作温度下，
MEMS
器件输出数据
D
test
和温度传感器测量的温度数据均稳定的时刻记为
t0，从时刻
t0开始，以
Δ
T/t
p
的速率匀速提升高低温箱内的环境温度，直至高低温箱内的环境温度升高至
MEMS
器件的最高工作温度
T
H
后，再维持
MEMS
器件输出数据和温度传感器测量数据稳定
t
′
小时；在高低温箱内的环境温度上升的过程中，实时记录
MEMS
器件环境温度
T
test
和
MEMS
器件输出数据
D
test
；步骤四
、
重复执行步骤二和步骤三的过程，直至达到设置的最大迭代次数；将记录的
MEMS
器件输出数据与
MEMS
器件输出参考值作差，得到
MEMS
器件温漂误差
。2.
根据权利要求1所述的一种基于空间热流动态分析的
MEMS
器件温漂误差测试方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：利用导热硅脂将
MEMS
器件贴装在金属外壳上，获得组装好的
MEMS
器件模块；再将
MEMS
器件模块贴装在高低温箱内部的安装基座上；将测温系统的温度传感器安装在
MEMS
器件表面，利用温度传感器对环境温度
T
test
进行实时测量
。3.
根据权利要求2所述的一种基于空间热流动态分析的
MEMS
器件温漂误差测试方法，其特征在于，所述温度传感器的测量精度大于2倍的环境温度变化精度，且温度传感器的测量频率高于
MEMS
器件的输出频率
。4.
根据权利要求1所述的一种基于空间热流动态分析的
MEMS
器件温漂误差测试方法，其特征在于，所述温度控制间隔
Δ
T
的计算方式为：
MEMS
器件温漂误差
Δ
E
由零偏误差
、
趋势项误差和随机误差构成：
Δ
E
＝
E
B
+E
T
+E
R
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
式中，
E
B
为零偏误差，
E
T
为趋势项误差，
E
R
为随机误差；基于
MEMS
器件的零率温度变化系数和灵敏度温度变化系数，构建式
(2)
的
MEMS
器件温漂误差估计方程：
Δ
E
＝
αΔ
T+
βΔ
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
式中，
Δ
T
＝
T
‑
T
L
，
T
为当前环境温度，
T
L
为起始环境温度，
α
为零率温度变化系数，
β
为灵敏度温度变化系数；由于
Δ
E≤
Δ
E
S
，则激励
MEMS
器件温漂误差的温度控制间隔
Δ
T
为：其中，
Δ
E
S
为
MEMS
器件目标信息敏感度，
|
·
|
代表绝对值
。
5.
根据权利要求1所述的一种基于空间热流动态分析的<...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐兵，汪籽粒，程建华，孙伟淇，管梦涵，葛靖宇，金莫寒，郭广彦，冯舒扬，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：