中国人民解放军国防科技大学侯占强获国家专利权
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龙图腾网获悉中国人民解放军国防科技大学申请的专利蝶翼式MEMS谐振结构随机振动下偏置误差抑制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119334396B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-21发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411876687.5,技术领域涉及:G01D18/00;该发明授权蝶翼式MEMS谐振结构随机振动下偏置误差抑制方法是由侯占强;刘高;肖定邦;曾咪;吴学忠;李青松;张勇猛;席翔设计研发完成,并于2024-12-19向国家知识产权局提交的专利申请。
本蝶翼式MEMS谐振结构随机振动下偏置误差抑制方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种蝶翼式MEMS谐振结构随机振动下偏置误差抑制方法,通过在蝶翼式MEMS谐振结构的电极层上设置误差校正电极,并在误差校正电极上施加步进的直流电压,对蝶翼式MEMS谐振结构中的敏感结构进行振型调谐,直至完成随机振动环境下蝶翼式MEMS谐振结构偏置误差的完全抑制。本发明应用于MEMS传感器领域,在误差校正电极上施加直流电压后,对于工作状态下作空间运动的蝶翼式MEMS谐振结构中的敏感结构可以调整其周向和法向方位,实现蝶翼式MEMS谐振结构中的敏感结构模态振型调谐,克服了随机振动扰动导致敏感结构运动状态改变而产生的偏置变化,同时消除了其他引起偏置变化的误差,有效实现了蝶翼式MEMS谐振结构偏置误差的完全抑制。
本发明授权蝶翼式MEMS谐振结构随机振动下偏置误差抑制方法在权利要求书中公布了:1.一种蝶翼式MEMS谐振结构随机振动下偏置误差抑制方法,其特征在于,在蝶翼式MEMS谐振结构的电极层上设置误差校正电极,并在误差校正电极上施加步进的直流电压,调整蝶翼式MEMS谐振结构中敏感结构的模态参数中的刚度矩阵与阻尼矩阵,实现对蝶翼式MEMS谐振结构中敏感结构的振型调谐,直至完成随机振动环境下蝶翼式MEMS谐振结构偏置误差的完全抑制,其中,所述误差校正电极的数量为两组;误差校正电极上施加直流电压后的刚度矩阵为: ;其中,、分别为考虑刚度耦合误差时x、y方向的刚度,为x方向到y方向的刚度耦合误差,为y方向到x方向的刚度耦合误差,、分别为对x、y方向刚度的影响,为对x方向与y方向之间刚度耦合误差的影响,为对y方向与x方向之间刚度耦合误差的影响,为误差校正电极上加上直流电压后静电力产生的刚度;误差校正电极上施加直流电压后的阻尼矩阵为: ;其中,、分别为考虑阻尼耦合误差时x、y方向阻尼,为x方向到y方向的阻尼耦合误差,为y方向到x方向的阻尼耦合误差,、分别为对x、y方向阻尼的影响,为对x方向与y方向之间阻尼耦合误差的影响,为对y方向与x方向之间阻尼耦合误差的影响,为误差校正电极上加上直流电压后静电力产生的阻尼;所述在误差校正电极上施加步进的直流电压具体包括如下步骤:步骤1,将设置有误差校正电极的蝶翼式MEMS谐振结构构成的传感器安装在振动台上后通电;步骤2,随机选择一组误差校正电极作为当前误差校正电极;步骤3,在当前误差校正电极上的输入电压为的前提下,设置振动台工作在随机振动模式,并采集蝶翼式MEMS谐振结构构成的传感器在振动前、振动中、振动后的输出信号,进而得到第一偏置误差数据及其误差量,其中,的值等于蝶翼式MEMS谐振结构中敏感结构的参考电压值,所述第一偏置误差数据及其误差量的获取过程为:在振动台随机振动前,采集蝶翼式MEMS谐振结构构成的传感器在第一时段内的输出信号并求取均值;在振动台随机振动过程中,采集蝶翼式MEMS谐振结构构成的传感器在第二时段内的输出信号并求取均值;在振动台停止随机振动后,采集蝶翼式MEMS谐振结构构成的传感器在第三时段内的输出信号并求取均值;计算得到第一偏置误差数据的误差量为;步骤4,令电压,其中,为步进电压值;步骤5,在当前误差校正电极上的输入电压为U的前提下,设置振动台工作在随机振动模式,并采集蝶翼式MEMS谐振结构构成的传感器在振动前、振动中、振动后的输出信号,进而得到第二偏置误差数据及其误差量,所述第二偏置误差数据及其误差量的获取过程为:在振动台随机振动前,采集蝶翼式MEMS谐振结构构成的传感器在第四时段内的输出信号并求取均值;在振动台随机振动过程中,采集蝶翼式MEMS谐振结构构成的传感器在第五时段内的输出信号并求取均值;在振动台停止随机振动后,采集蝶翼式MEMS谐振结构构成的传感器在第六时段内的输出信号并求取均值;计算得到第二偏置误差数据的误差量为;步骤6,判断第二偏置误差数据的误差量是否大于第一偏置误差数据的误差量:若是,选择另一组误差校正电极作为当前误差校正电极后,返回步骤3;否则,进行步骤7;步骤7,判断第二偏置误差数据的误差量是否等于0:若是,输出当前的电压U作为当前误差校正电极上的输入电压,实现随机振动环境下蝶翼式MEMS谐振结构偏置误差的完全抑制;否则,令后,返回步骤5。
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