[发明专利]一种硅谐振压力传感器的补偿方法

说明书

本发明提供了一种硅谐振压力传感器的补偿方法，利用单片机定时器对硅谐振压力传感器进行同步频率测量，能够实现同步采集两个谐振器的频率，提高了压力传感器的测量精度；采用最小二乘支持向量机的非线性模型实现全温度全压力范围内的温度补偿，相比多项式拟合进行温度补偿的方法，提高了压力传感器的补偿精度；采用最小二乘支持向量机的方法能较好的进行压力的时间漂移补偿，提高了压力的补偿精度。

技术领域

本发明涉及硅谐振压力传感器领域，尤其涉及一种硅谐振压力传感器的补偿方法。

背景技术

MEMS(Micro-electro-mechanical Systems)，即微机电系统，它是二十世纪八十年代伴随着半导体集成电路微细加工技术与超精密机械加工技术的提高而逐渐发展起来的一门新兴科学。硅谐振MEMS压力传感器以微机械加工技术为基础，将谐振器作为敏感结构，外界压力的变化可以改变传感器的固有谐振频率，从而通过测量频率来反推出压力。硅谐振MEMS压力传感器在线性度、分辨率、稳定性、综合精度等方面具有很好的特性，而且输出信号谐振频率是半数字化的信号，具有较强的抗干扰性。

硅谐振压力传感器采用双谐振器结构，仪表电路用来对硅谐振压力传感器谐振器的频率进行采集，在航空航天等一些应用领域中，外界温度会发生急剧的变化，若两个谐振频率的采集时间有一定间隔，非同步采集的两个频率会导致温度补偿的输出精度大大下降。因此高精度的硅谐振压力传感器需要高精度的同步频率采集仪表电路。

硅谐振压力传感器中两个谐振器的设计尺寸完全一样，并且具有相同的温度系数。按照设计，两个谐振器的固有频率相减可把温度对谐振器的影响消除。但是，由于传感器在实际制作过程当中，不可避免的会存在工艺的误差，导致两个谐振器的尺寸不完全相同，两个谐振器的固有频率相减便无法消除温度对谐振器的影响，这样，传感器输出会存在较大的温度漂移。因此硅谐振压力传感器需要进行温度补偿来提高传感器的综合精度。另外，由于压力传感器器件本身的因素或者组装方式不当的影响，传感器输出的压力会随着时间发生一定的漂移，所以硅谐振压力传感器需要进行时间漂移的补偿。

申请号为2015100146440的专利提出了双谐振器压力传感器的温度自补偿方法，这是采用多项式拟合的方法利用两个谐振器的频率来补偿得到压力，但这种方法补偿精度不高，并且无法进行时间漂移的补偿。

因此现有技术存在非同步采集的两个谐振梁频率会导致温度补偿的输出精度下降，以及传统的使用多项式拟合来进行温度补偿的方法存在补偿精度不高、无法补偿时间漂移的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种硅谐振压力传感器的补偿方法，采用最小二乘支持向量机对硅谐振压力传感器进行温度补偿和时间漂移补偿。

(二)技术方案

本发明提供了一种硅谐振压力传感器的补偿方法，包括：步骤S1：对硅谐振压力传感器的双谐振器结构的谐振频率进行同步采集，得到标定数据；步骤S2：对所述标定数据进行归一化处理；步骤S3：建立最小二乘支持向量机的非线性模型并进行初始化；步骤S4：使用归一化后的标定数据对所述最小二乘支持向量机的非线性模型进行参数优化；步骤S5：采用优化后的参数训练所述最小二乘支持向量机的非线性模型，得到训练后的最小二乘支持向量机的非线性模型；步骤S6：利用所述训练后的最小二乘支持向量机的非线性模型，得到硅谐振压力传感器温度补偿后的压力值。

优选地，所述步骤S1包括：子步骤S1a：在硅谐振压力传感器的全温度范围内选定i个温度标定点，其中i≥3；子步骤S1b：在硅谐振压力传感器的全压力范围内选定j个压力标定点，其中j≥3；子步骤S1c：分别在每个温度标定点、每个压力标定点下同步测量两个谐振器结构的谐振频率，分别得到第一谐振器的频率和第二谐振器的频率。