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专利名称：多路电容式mems加速度传感器零点偏移测试补偿系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术，具体说就是一种多路电容式MEMS加速度传感器零点偏移测试补偿装置。
背景技术：
电容式MEMS加速度传感器是利用在外加加速度的作用下惯性质量块与检测电极间的相狭小空隙发生改变从而所引起的等效电容的变化来测定加速度的。主要由惯性质量块、悬臂梁和两个固定电极所组成。它是目前研究最多的一类加速度传感器，它具有很多优点精度高、噪声特性好、温度敏感性小、功耗低、结构比较简单等。使得它从大批量的低价的汽车用加速度传感器，到高精度的惯性导航系统都有运用。由于电容式MEMS加速度传感器微结构中采用差动电容结构，在实际的工艺生产过程中，由于工艺加工的误差，致使活动梁与中心位置存在偏差，使得电路存在零点偏移。通常需要对加速度计的零点进行补偿。传统的方法通常采用对单个加速度计进行测量，然后完成系统的零点补偿。操作较为繁琐，对多个加速度计进行测量比较费时。

发明内容
本发明的目的在于提供一种多路电容式MEMS加速度传感器零点偏移测试补偿装置。本发明的目的是这样实现的包括步进电机机械系统、多路电容式MEMS加速度传感器、多路数据采集电路、单片机控制电路、上位机和电源管理系统，步进电机机械系统连接多路电容式MEMS加速度传感器，多路电容式MEMS加速度传感器连接多路数据采集电路， 多路数据采集电路连接单片机控制电路，所述的步进电机机械系统包括铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体、步进电机和步进电机底座，步进电机安装在步进电机底座上，多路数据采集电路安装在铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体内部，在铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体的表面预留多路数据采集接口，多个MEMS电容式加速度传感器与数据采集接口相连接，在铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体的侧边中心轴处设置步进电机安装孔，步进电机轴与步进电机安装孔连接；电源管理电路分别电气连接步进电机、多路电容式MEMS加速度传感器、多路数据采集电路和单片机控制电路；上位机通过RS232串口或者USB 口与单片机控制电路电气连接。本发明还有以下技术特征I、所述的数据采集电路主要包括AD采集电路和多路模拟开关，所述的AD采集电路与多路模拟开关电气连接，所述的AD采集电路采用ADS1282芯片。2、所述的单片机控制电路采用LPC2119作为处理器。3、系统通电后，步进电机的转动圈数和速度是由上位机软件进行输入，转动圈数和速度能够进行调节，上位机通过RS232串口或者USB 口将控制命令发送给控制步进电机的单片机，单片机控制步进电机机械系统带动铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体转动，从而带动多个电容式加速度传感计一起转动，步进电机旋转时，由AD数据采集电路分时采集多个MEMS加速度传感器的加速度值，单片机控制电路将采集到得MEMS电容式加速传感器的加速度值通过RS232串口或USB 口发送到上位机，上位机实时接收RS232串口或 USB 口的数据，接收到数据包后，上位机软件对数据包数据进行校验，通过奇偶校验，是需要接收的数据包数据时，解析数据包数据，并对需要电容补偿的MEMS加速度传感器的号码进行判断，分析数据，对求解的电容进行计算，得到需要补偿的电容值，从而完成MEMS电容式加速度计的零点偏移的测量，通过对电容阵列的重新压焊完成零点偏移的补偿。本发明的系统可同时自动求解多路加速度传感器电容偏差，具有操作简单，自动化程度高等优点。同时，通过分析大量的同批次加速度传感器的零点漂移数据，可进一步指导加速度计敏感结构的工艺设计参数，提高加速度计的成品率。


图I为本发明的多路MEMS电容式加速度传感器零点偏移测量系统原理框图2为本发明的步进电机安装底座；
图3为本发明的铝合金壳体表面的传感器安装口示意图4为铝合金壳体侧面示意图5为本发明的单片机的软件流程图6为本发明的上位机软件流程图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例I :结合图I、图2、图3，本发明一种多路电容式MEMS加速度传感器零点偏
移测试补偿装置，它是由步进电机机械系统、多路电容式MEMS加速度传感器、多路数据采集电路、单片机控制电路和电源管理系统组成的，步进电机机械系统连接多路电容式MEMS 加速度传感器，多路电容式MEMS加速度传感器连接多路数据采集电路，多路数据采集电路连接单片机控制电路，电源管理电路分别连接步进电机机械系统、多路电容式MEMS加速度传感器、多路数据采集电路和单片机控制电路。本发明还有以下技术特征所述的步进电机机械系统包括铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体、步进电机和步进电机底座，步进电机安装在步进电机底座上，多路数据采集电路安装在铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体内部，在铝合金上表面预留25路数据采集接口，25个MEMS电容式加速度传感器与数据采集接口相连接，在铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体的侧边中心轴处设置步进电机安装孔，步进电机轴与步进电机安装孔连接。多路MEMS电容式加速度传感器零点偏移测量系统主要由步进电机机械系统， MEMS电容式加速度传感器，数据采集电路，单片机控制电路，电源管理电路、PC机软件和数据处理软件几部分组成，步进电机机械系统主要由固定电机的底座(如图2所示)、步进电机和铝合金制加速度传感器载体组成。如图2所示，电机底座采用钢制材料，用于伺服电机的安装，在支架上设计两个钻孔(I)，用于固定电机，(3)为带有螺纹的顶丝，用于固定电机，(2)为低重心的机械结构，用于支撑电机，减小电机震动对加速度传感器测试的影响。图3-4中铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体的铝合金壳体(5)呈立方体形状，在铝合金壳体侧面的中心位置设置一个空心轴￠)，在铝合金壳体一个表面，设计5X5的传感器安装口(4)，可以安装二十五路加速度传感器，中间方孔走信号线，周围四个为固定过孔。本发明的多路MEMS电容式加速度传感器零点偏移测量系统原理框图如图I所示；单片机控制电路采用LPC2119作为核心处理器，数据采集电路主要包括AD采集电路ADS1282和多路模拟开关组成。电源管理电路主要提供测量电路和步进电机所需要的电压，包括24V，3.3V，±2.5V和I. 8V，24V主要给步进电机供电，±2. 5V给ADS1282供电。3. 3V和1.8V给单片机LPC2119供电。由单片机LPC2119的通用IO控制数据采集电路的两路多路模拟开关MPC506的地址线，完成对25路加速度信号的选择，ADS1282与单片机 LPC2119之间采用SPI方式进行通信，由AD采集芯片ADS1282分时采集25路加速度计信号。LPC2119将采集到得MEMS电容式加速传感器的加速度值通过RS232串口发送到PC机软件中，由PC机软件完成加速度计偏移量的测量。系统的单片机嵌入式软件执行流程如图 5所示。系统上电后，初始化系统内核，操作系统就绪后，初始化外围设备，如串口，SPI总线等，使之处于正常工作状态。软件抛出两个任务，任务一负责数据采集，通过SPI总线循环采集二十五路传感器的数据，发送到PC机。任务二负责响应PC机主动发送至单片机的命令，切换工作状态。PC机测试软件使用Visual C++语言开发，开发平台为Visual Studio 2010，C++语言是一种灵活的面向对象语言，虽然复杂度较后期的C#，Java要高出许多，但其实现的软件在目标机器上运行不需要安装运行时环境，运行效率更高。PC机测试系统软件包括两部分，分别为数据采集和数据分析。测试系统软件结合测试系统硬件，完成测试任务，PC机测试软件流程图如图6所示，PC机首先完成串口的初始化，实时接收串口的数据，接收到数据包后，对数据包数据进行校验，通过奇偶校验，是需要接收的数据包数据时， 继续执行操作，解析数据包数据，并对当前进行零点补偿的传感器的号码进行判断。分析数据，对求解的电容进行计算，得到需要补偿的电容值。从而完成MEMS电容式加速度计的零点偏移的测量，通过对电容阵列的重新压焊完成零点偏移的补偿。实施例2 :通常MEMS电容式加速度传感器接口电路的驱动信号与检测信号之间还可以设有按一定步长变化的电容阵列，从而实现对敏感结构的电容偏差补偿。本发明的电容阵列包括500fF、250fF、125fF、62. 5fF、31. 25fF、15. 625fF。在电容阵列中的每一个子单元中，单元中的电容通过开关可与固定电极、活动梁连接。通过控制各个开关可以实现不同容值的补偿电容与传感器敏感电容的并联。利用此种设置，电容补偿阵列可以在一定程度上对由于生产工艺造成的零偏进行调整。
权利要求
1.一种多路电容式MEMS加速度传感器零点偏移测试补偿系统，包括步进电机机械系统、多路电容式MEMS加速度传感器、多路数据采集电路、单片机控制电路、上位机和电源管理系统，其特征在于步进电机机械系统连接多路电容式MEMS加速度传感器，多路电容式 MEMS加速度传感器连接多路数据采集电路，多路数据采集电路连接单片机控制电路，所述的步进电机机械系统包括铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体、步进电机和步进电机底座，步进电机安装在步进电机底座上，多路数据采集电路安装在铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体内部，在铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体的表面预留多路数据采集接口，多个MEMS电容式加速度传感器与数据采集接口相连接，在铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体的侧边中心轴处设置步进电机安装孔，步进电机轴与步进电机安装孔连接；电源管理电路分别电气连接步进电机、多路电容式MEMS加速度传感器、多路数据采集电路和单片机控制电路；上位机通过RS232串口或者USB 口与单片机控制电路电气连接。
2.根据权利要求I所述的多路电容式MEMS加速度传感器零点偏移测试补偿系统，其特征在于所述的数据采集电路主要包括AD采集电路和多路模拟开关，所述的AD采集电路与多路模拟开关电气连接，所述的AD采集电路采用ADS1282芯片。
3.根据权利要求I所述的多路电容式MEMS加速度传感器零点偏移测试补偿系统，其特征在于所述的单片机控制电路采用LPC2119作为处理器。
4.根据权利要求1、2或3所述的多路电容式MEMS加速度传感器零点偏移测试补偿系统，其特征在于系统通电后，步进电机的转动圈数和速度是由上位机软件进行输入，步进电机转动圈数和速度能够进行调节，上位机通过RS232串口或者USB 口将控制命令发送给控制步进电机的单片机，单片机控制步进电机机械系统带动招合金制MEMS电容式加速度传感器载体转动，从而带动多个电容式加速度传感计一起转动，步进电机旋转时，由AD 数据采集电路分时采集多个MEMS加速度传感器的加速度值，单片机控制电路将采集到得 MEMS电容式加速传感器的加速度值通过RS232串口或USB 口发送到上位机，上位机实时接收RS232串口或USB 口的数据，接收到数据包后，上位机软件对数据包数据进行校验，通过奇偶校验，是需要接收的数据包数据时，解析数据包数据，并对需要电容补偿的MEMS加速度传感器的号码进行判断，分析数据，对求解的电容进行计算，得到需要补偿的电容值，从而完成MEMS电容式加速度计的零点偏移的测量，通过对电容阵列的重新压焊完成零点偏移的补偿。
全文摘要
一种多路电容式MEMS加速度传感器零点偏移测试补偿系统，包括步进电机机械系统、多路电容式MEMS加速度传感器、多路数据采集电路、单片机控制电路、上位机和电源管理系统，步进电机机械系统连接多路电容式MEMS加速度传感器，多路电容式MEMS加速度传感器连接多路数据采集电路，多路数据采集电路连接单片机控制电路，所述的步进电机机械系统包括铝合金制MEMS电容式加速度传感器载体、步进电机和步进电机底座，步进电机安装在步进电机底座上。本发明可同时自动求解多路加速度传感器电容偏差，具有操作简单，自动化程度高等优点。
文档编号G01P21/00GK102590556SQ201210043148
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者刘晓为, 尹亮, 张海峰, 邵宪辉, 陈伟平, 陈龙 申请人:哈尔滨工业大学