專利名稱：用于加速度傳感器的誤差校正方法和誤差校正裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于加速度傳感器的誤差校正方法和誤差校正裝置以 及一種具有這樣類型的誤差校正裝置的加速度測量裝置。
背景技術(shù)：
具有多個(gè)(至少兩個(gè))電極和一個(gè)振動(dòng)質(zhì)量塊的加速度傳感器的系統(tǒng)
誤差還通過在制造中的偏差產(chǎn)生。這樣的偏差特別是對(duì)于通過MEMS技術(shù) 制造的微型加速度傳感器來說是大的。為了排除這樣類型的系統(tǒng)誤差和識(shí) 別與一定參數(shù)的相關(guān)性，可以與在不同條件下將它們的測量結(jié)果與其他加 速度傳感器的精確的測量結(jié)果比較。
但缺點(diǎn)在于，這樣的測量結(jié)果需要特殊的測量裝置并且此外是耗時(shí)而 且因此是昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于這樣的任務(wù)，提供一種用于加速度傳感器的誤差校正方法 和誤差校正裝置以及一種具有這樣類型的誤差校正裝置的加速度測量裝 置，它們使得能夠以小的費(fèi)用修正系統(tǒng)誤差。
本發(fā)明所基于的任務(wù)通過一種誤差校正方法、 一種誤差校正裝置以及 一種具有這樣類型的誤差校正裝置的加速度測量裝置解決。
本發(fā)明涉及一種用于加速度傳感器的誤差校正方法，具有以下步驟 施加一電壓，以使振動(dòng)質(zhì)量塊偏移；測量通過振動(dòng)質(zhì)量塊的偏移引起的第 一電流；測量通過振動(dòng)質(zhì)量塊的偏移引起的第二電流；基于第一電流和第 二電流求得校正值。有利地，該誤差校正方法不要求重新構(gòu)造加速度傳感 器，因?yàn)橛糜谑拐駝?dòng)質(zhì)量塊偏移或者用于檢測該偏移的合適的電極在加速 度傳感器中已經(jīng)存在。但振動(dòng)質(zhì)量塊的偏移迄今僅用于檢驗(yàn)加速度傳感器 的功能性。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，在第一溫度時(shí)將電壓施加到第一電極上，在對(duì) 于第二溫度測量第二電流之前將該電壓再次施加到第一電極上，測量第二 電極上的第一電流和第二電流。這樣的誤差校正方法能夠修正由于溫度波 動(dòng)引起的系統(tǒng)誤差。
在該優(yōu)選實(shí)施方式的擴(kuò)展構(gòu)造中，該方法包含下面的另外的步驟在 第三溫度時(shí)在第三電極上施加另一電壓，以使振動(dòng)質(zhì)量塊偏移；測量第四 電極上的由于振動(dòng)質(zhì)量塊偏移引起的第三電流；在第四溫度時(shí)將該另一電 壓施加到第三電極上，以使振動(dòng)質(zhì)量塊偏移；測量第四電極上的由于振動(dòng) 質(zhì)量塊偏移引起的第四電流；基于第三電流和第四電流求得另一修正量。 第一溫度可以與第三溫度一樣；第二溫度可以與第四溫度一樣，或者相反。 這種方法使得能夠校正可測量兩個(gè)不同方向上的加速度的加速度傳感器的 系統(tǒng)誤差。
在該優(yōu)選實(shí)施方式的又一擴(kuò)展構(gòu)造中，該方法包含下面的另外的步驟: 在第五溫度時(shí)施加又一電壓到第五電極上，以使振動(dòng)質(zhì)量塊偏移；測量第 六電極上的通過振動(dòng)質(zhì)量塊偏移引起的第五電流；在第六溫度時(shí)將該又一 電壓施加到第三電極上，以使振動(dòng)質(zhì)量塊偏移；測量第六電極上的通過振 動(dòng)質(zhì)量塊偏移引起的第六電流；基于第五電流和第六電流求得又一校正值。 第一溫度可以與第五溫度一樣；第二溫度可以與第六溫度一樣，或者相反。 這種方法使得能夠校正可測量三個(gè)不同方向上的加速度的加速度傳感器的 系統(tǒng)誤差。
在一優(yōu)選實(shí)施方式中，在第一電極上施加電壓，測量第二電極上的第 一電流，測量第三電極上的第二電流，該校正值是第一校正值，該第一校 正值考慮第二電流與第一電流的相關(guān)性。這樣的誤差校正方法適合于能測 量兩個(gè)不同方向上的加速度的加速度傳感器。這些系統(tǒng)誤差基于 一個(gè)方 向上的加速度無意地導(dǎo)致對(duì)另一方向上的加速度的檢測(串?dāng)_)。
在該優(yōu)選實(shí)施方式的另一擴(kuò)展構(gòu)造中，測量第四電極上的第三電流， 求得第二校正值，該第二校正值考慮第三電流與第一電流的相關(guān)性。這樣 的誤差校正方法適合于能測量三個(gè)不同方向上的加速度的加速度傳感器。
在該優(yōu)選實(shí)施方式的又一擴(kuò)展構(gòu)造中，將另一電壓施加到第五電極上， 測量第二電極上的第四電流，測量第三電極上的第五電流，測量第四電極 上的第六電流，求得第三校正值，該第三校正值考慮第五電流與第四電流的相關(guān)性，并且求得第四校正值，該第四校正值考慮第六電流與第四電流 的相關(guān)性。可以校正基于另一方向上的加速度無意地導(dǎo)致對(duì)另外兩個(gè)方向 上的加速度的檢測的系統(tǒng)誤差。
在該優(yōu)選實(shí)施方式的又一擴(kuò)展構(gòu)造中，在第六電極上施加另一電壓， 測量第二電極上的第七電流，測量第三電極上的第八電流，并且測量第四 電極上的第九電流，求得第五校正值，該第五校正值考慮第八電流與第七 電流的相關(guān)性，并且求得第六校正值，該第六校正值考慮第九電流與第七 電流的相關(guān)性?？梢孕Ｕ谟忠环较蛏系募铀俣葻o意地導(dǎo)致對(duì)另外兩個(gè) 方向上的加速度的檢測的系統(tǒng)誤差。
本發(fā)明此外涉及一種用于加速度傳感器的誤差校正裝置，具有下面的 機(jī)構(gòu)用于施加電壓的機(jī)構(gòu)，以使振動(dòng)質(zhì)量塊偏移；用于測量第一電流的 機(jī)構(gòu)，該電流由于振動(dòng)質(zhì)量塊的偏移而引起；用于測量第二電流的機(jī)構(gòu)， 該電流通過振動(dòng)質(zhì)量塊的偏移而引起；以及用于基于第一電流和第二電流 求得校正值的機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明還涉及一種具有這種誤差校正裝置的加速度傳感器測量裝置。


下面參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖示出 圖1 一種加速度測量裝置的示意圖2 —種誤差校正方法的第一實(shí)施方式的流程圖；以及 圖3 —種誤差校正方法的第二實(shí)施方式的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一加速度測量裝置的示意圖。該加速度測量裝置包括加速度 傳感器l、誤差校正裝置2、溫度測量裝置3、輸入端子lO和輸出端子ll。 加速度傳感器1、誤差校正裝置2和溫度測量裝置3集成在一個(gè)芯片上。該 加速度傳感器1包括多個(gè)電極A、 B、 C、 D、 E禾卩F以及一個(gè)振動(dòng)質(zhì)量塊4。 該振動(dòng)質(zhì)量塊如此懸掛在彈簧上，使得它在每個(gè)方向是可運(yùn)動(dòng)的。這些電 極形成電極對(duì)A和C、 B和D、 F和E。在電極C、 D和E上通過供電導(dǎo)線 各施加一個(gè)附加的電壓。在電極A、 B和F上可以各測量一個(gè)電流，該電 流流過從屬的供電導(dǎo)線。加速度傳感器1的其他供電導(dǎo)線出于簡化原因沒有被示出。電極A、 B、 C和D安置在振動(dòng)質(zhì)量塊4的側(cè)面。構(gòu)成一對(duì)的電 極A和C或B和D分別安置在振動(dòng)質(zhì)量塊4的相對(duì)置的側(cè)。兩個(gè)電極F 和E安置在振動(dòng)質(zhì)量塊4下面。 一對(duì)電極總是垂直于另一對(duì)電極安置。誤 差校正裝置2包括控制機(jī)構(gòu)5、求值機(jī)構(gòu)6、存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)7、電壓輸出機(jī)構(gòu)8 和電流測量機(jī)構(gòu)9。加速度傳感器l、誤差校正裝置2和溫度傳感器3由電 源F。供給電流。
圖2示出誤差校正方法的第一實(shí)施方式的流程圖。該方法用于消除基 于溫度變化的系統(tǒng)測量誤差。出發(fā)點(diǎn)是，該系統(tǒng)測量誤差與溫度線性相關(guān)。 首先將加速度測量裝置置于具有第一溫度7;的氛圍中。一直等到可以認(rèn)為已 產(chǎn)生均勻的溫度r,。將加速度測量裝置激活，其中，在全部電極A、 B、 C、 D、 E和F上施加第一電位并且在振動(dòng)質(zhì)量塊上施加第二電位。然后通過輸
入端子io輸入開始信號(hào)。溫度7;通過溫度傳感器3測量，溫度z;被輸送給
控制機(jī)構(gòu)5并且從該控制機(jī)構(gòu)繼續(xù)傳送給存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)7，在該存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ) 溫度i;?？刂茩C(jī)構(gòu)5接著指使從屬的電壓輸出機(jī)構(gòu)8將具有電壓值V的附 加電壓施加到第一電極C上(步驟S1)。該電壓值V同樣被輸送給存儲(chǔ)機(jī) 構(gòu)7并且在那里被存儲(chǔ)。通過該附加電壓使振動(dòng)質(zhì)量塊4偏移。振動(dòng)質(zhì)量 塊4和電極A之間的電容變化，電流^在電極A上流過，這意味著，從電 極A或者到電極A。該電流通過相應(yīng)的電流測量機(jī)構(gòu)9測量(步驟S2)。 電流測量的結(jié)果被輸送到存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)7。分別對(duì)電極對(duì)B和D、 F和E實(shí)施類 似的測量和存儲(chǔ)過程(步驟S3、 S4、 S5和S6)。在此，測量電極B上的電 流/,和電極F上的電流^?，F(xiàn)在將氛圍置于第二溫度K。 一直等到可以認(rèn) 為已產(chǎn)生均勻的溫度7;。通過輸入端子10再次輸入開始信號(hào)。現(xiàn)在在溫度 值72實(shí)施相同的測量和存儲(chǔ)過程(步驟S7至S12)。在此測量電極A上的 電流/^、電極B上的電流/^和電極F上的電流^。將所存儲(chǔ)的電流值輸 送到求值機(jī)構(gòu)6。將這些電流關(guān)于時(shí)間積分，以便計(jì)算在電流/^、 /,2、 /B1、 /S2、 /^或者/F2時(shí)流過的電荷a^、仏2、 &,、 &2、 2n和a^。替換地，也 可以先前已經(jīng)計(jì)算過流過的電荷并在存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)7中存儲(chǔ)&,、仏2、 &,、込2、 &,和&2。現(xiàn)在可以對(duì)于每個(gè)電極i= A、 B、 F計(jì)算電荷變化系數(shù) 《=(S,2-a)/仏-7\)，這些電荷變化系數(shù)說明所計(jì)算的電荷隨溫度的變化。 計(jì)算出的電荷變化系數(shù)又被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)7中。對(duì)于未來在溫度T時(shí)的 加速度測量，加速度測量裝置能夠?qū)γ總€(gè)電極i-A、 B、 F如下計(jì)算校正后的電荷值的込"
校正后的電荷值對(duì)于加速度是標(biāo)志性的并且與溫度不相關(guān)。加速度測量裝
置在輸出端子ii上輸出校正后的電荷值仏。,取代測量的電荷值e,。替換地， 加速度傳感器也可以作為測量結(jié)果對(duì)不同于流過的電荷的其它值進(jìn)行求值 和/或輸出。這些值可以被類似地修正。也可以作為溫度的函數(shù)計(jì)算出更精 確的校正系數(shù)。
圖3示出誤差校正方法的第二實(shí)施方式的流程圖。該方法用于消除基 于不希望的信號(hào)相依(串?dāng)_)的系統(tǒng)測量誤差。出發(fā)點(diǎn)是， 一個(gè)方向上的 用于加速度測量的每個(gè)傳感器信號(hào)的系統(tǒng)誤差總是與另兩個(gè)方向上的傳感
器信號(hào)成比例。首先將加速度測量裝置激活，其中，在全部電極A、 B、 C、 D、 E和F上施加第一電位并且在振動(dòng)質(zhì)量塊上施加第二電位。然后通過輸 入端子10輸入開始信號(hào)。然后控制機(jī)構(gòu)5指使從屬的電壓輸出機(jī)構(gòu)8施加 具有電壓值V的附加電壓到電極C上(步驟S1')，以使質(zhì)量塊4偏移。 如希望的那樣，振動(dòng)質(zhì)量塊4和電極A之間的電容改變。但附加地，如不 希望的那樣，振動(dòng)質(zhì)量塊4與電極B和F之間的電容也改變。電流/V、 /fll， 和V在電極A、 B或者F上流過，這些電流分別通過相應(yīng)的電流測量機(jī)構(gòu) 9測量(步驟S2')。電流的測量值被輸送給求值機(jī)構(gòu)6并且被對(duì)時(shí)間積分，
使得對(duì)于電流乙,'、/w'或者/w'得到流過的電荷仏r、仏,'和e"'。然后求值
機(jī)構(gòu)計(jì)算系數(shù)&和^，對(duì)此有a一KBA.O^'、 ^—夂^^'。系數(shù)^,和 i^,被輸送給存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)7并且在那里被存儲(chǔ)。分別對(duì)于電極B和F實(shí)施類似 的測量和存儲(chǔ)過程(步驟S4'至S9')。當(dāng)電壓V施加到電極D上時(shí)，對(duì) 于電極A、B和F上的電流/J、 V或者/w'得到流過的電荷^'、 &2'和&2'
并得到系數(shù)i^和^^，對(duì)此有仏2'-k幼.仏2'、 eF2'=^ra'a2'。當(dāng)電壓v
施加到電極E上時(shí)，對(duì)于電極A、 B和F上的電流/;、 /,3'或者/ '得到流 過的電荷^3'、 &3'和^3'并得到系數(shù)^^和^"對(duì)此有0^^k^.a^'、 &3'=A^^,3'。對(duì)于將來的加速度測量，該加速度測量裝置這時(shí)可以對(duì)于每 個(gè)電極i如下計(jì)算校正后的電荷值込。,
廣校正后的電荷值對(duì)于加速度是標(biāo)志性的并且只與一個(gè)方向上的加速度相
關(guān)。加速度測量裝置在輸出端子11上輸出校正后的電荷值2,^取代測量的 電荷值Q。替換地，加速度傳感器也可以作為測量結(jié)果輸出不同于流過的 電荷的其它值。這些值能夠被類似地修正。誤差校正方法的第一實(shí)施方式 可以與第二實(shí)施方式組合。
附圖標(biāo)記
1加速度傳感器
2誤差校正裝置
3溫度測量裝置
4振動(dòng)質(zhì)量塊
5控制機(jī)構(gòu)
6求值機(jī)構(gòu)
7存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)
8電壓輸出機(jī)構(gòu)
9電流測量機(jī)構(gòu)
10輸入端子
11輸出端子
Sl至S13方法步驟
Sl'至S9'方法步驟
A、 B、 C、 D、 E、 F電極
V電壓
電源
Ll 、Li 、電流
7力2 、^52 、 々2電流
Li 、 7別、7/n電流
J力2 、As2 、 ^尸2電流
^43 、 ^F3電流
2滬a。流過的電荷
2^42 、Gfi2 、 仏2流過的電荷
ov、 ev和^'流過的電荷
流過的電荷
2;、仏3'和2"流過的電荷織微驢
K g r2
夂夂 rl
權(quán)利要求
1、用于加速度傳感器(1)的誤差校正方法，該加速度傳感器具有多個(gè)電極(A、B、C、D、E、F)和一個(gè)振動(dòng)質(zhì)量塊(4)，其特征在于下面的步驟施加電壓(V)，以使振動(dòng)質(zhì)量塊(4)偏移；測量由振動(dòng)質(zhì)量塊(4)的偏移引起的第一電流(IA1，IA1′)；測量由振動(dòng)質(zhì)量塊(4)的偏移引起的第二電流(IA2，IB1′)；以及基于第一電流(IA1，IA1′)和第二電流(IA2，IB1′)求得校正值(KA，KBA)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，在第一溫度(；)時(shí)將該電 壓(V)施加到第一電極(C)上，當(dāng)在第二溫度(r2)時(shí)測量第二電流(/,2) 之前，再次將該電壓(V)施加到第一電極(C)上，測量第二電極上的第一電流(o和第二電流(o。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于下面的另外的步驟-在第三溫度(z;)時(shí)將另一電壓(V)施加到第三電極(D)上，以使振動(dòng)質(zhì)量塊(4)偏移；湖!l量第四電極(B)上的由振動(dòng)質(zhì)量塊(4)的偏移引起的第三電流(/w);在第四溫度(r2)時(shí)將該另一電壓(V)施加到第三電極(D)上，以 使振動(dòng)質(zhì)量塊(4)偏移；測量第四電極(B)上的由振動(dòng)質(zhì)量塊(4)的偏移引起的第四電流(/^);和基于第三電流(/S1)和第四電流(/B2)求得另一校正值(ks)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于下面的另外的步驟在第五溫度(t;)時(shí)將又一電壓(v)施加到第五電極上，以使振動(dòng)質(zhì)量塊(4)偏移；觀懂第六電極(F)上的由振動(dòng)質(zhì)量塊(4)的偏移引起的第五電流(M);在第六溫度(r2)是將該又一電壓(v)施加到第三電極上，以使振動(dòng)質(zhì)量塊(4)偏移；測量第六電極(F)上的由振動(dòng)質(zhì)量塊(4)的偏移引起的第六電流(^); 基于第五電流(/n)和第六電流(/F2)求得又一校正值(尺"。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在第一電極(C)上施加電壓(V)，測量第二電極(A)上的第一電流(/V)，測量第三電極(B)上的第二電流該校正值(x^)是第一校正值，該第一校正值考慮第二電流(/v)與第一電流(/v)的相關(guān)性。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，測量第四電極(F)上的第 三電流(/n')，求得第二校正值(《w)，該第二校正值考慮第三電流(/,,') 與第一電流(/:)的相關(guān)性。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于，在第五電極(D)上施 加另一電壓(V)，測量第二電極上的第四電流(A2')，測量第三電極(B) 上的第五電流(/")，測量第四電極(F)上的第六電流(/ ')，求得第三 校正值(尺M(jìn))，該第三校正值考慮第五電流(/fi2，)與第四電流(/,2')的 相關(guān)性，并且求得第四校正值(Kra)，該第四校正值考慮第六電流(/f2') 與第四電流(/,2')的相關(guān)性。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于，在第六電極(E)上施 加又一電壓(V)，測量第二電極(A)上的第七電流(/;)，測量第三電 極(B)上的第八電流(/ ')，測量第四電極(F)上的第九電流(/ ')， 求得第五校正值()，該第五校正值考慮第八電流(/B3')與第七電流(/,3') 的相關(guān)性，并且求得第六校正值(尺^)，該第六校正值考慮第九電流(/") 與第七電流(/;)的相關(guān)性。
9、 用于加速度傳感器(1)的誤差校正裝置，該加速度傳感器具有多 個(gè)電極(A、 B、 C、 D、 E、 F)和一個(gè)振動(dòng)質(zhì)量塊(4)，其特征在于下面 的機(jī)構(gòu)用于施加電壓(V)的機(jī)構(gòu)(8)，以使振動(dòng)質(zhì)量塊(4)偏移；用于測量由振動(dòng)質(zhì)量塊(4)的偏移引起的第一電流(/,,， /V)的機(jī)構(gòu)(9);用于測量由振動(dòng)質(zhì)量塊(4)的偏移引起的第二電流的機(jī) 構(gòu)(9);以及用于基于第一電流(/力,，//)和第二電流(/」2， ^')求得校正值(/^，《M)的機(jī)構(gòu)(6)。
10、加速度測量裝置，具有一根據(jù)權(quán)利要求9的誤差校正裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于加速度傳感器(1)的誤差校正方法，該加速度傳感器具有多個(gè)電極(A、B、C、D、E、F)和一個(gè)振動(dòng)質(zhì)量塊(4)。該誤差校正方法能夠以小的費(fèi)用修正系統(tǒng)誤差，它包括下面的步驟施加電壓(V)，以使振動(dòng)質(zhì)量塊(4)偏移；測量由振動(dòng)質(zhì)量塊的偏移引起的第一電流(I_A1′)；測量由振動(dòng)質(zhì)量塊的偏移引起的第二電流(I_B1′)；基于第一電流(I_A1′)和第二電流(I_B1′)求得校正值(K_BA)。
文檔編號(hào)G01P21/00GK101629970SQ20091016011
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
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