(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书 | ||
(10)申请公布号 CN 106932125 A (43)申请公布日 2017.07.07 | ||
(21)申请号 CN201710098516.8
(22)申请日 2017.02.22
(71)申请人 中国科学院电子学研究所;中国科学院大学
地址 100190 北京市海淀区北四环西路19号
(72)发明人 王军波 朱林 陈德勇 谢波
(74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任公司
代理人 任岩
(51)Int.CI
G01L1/10
权利要求说明书 说明书 幅图 |
(54)发明名称
一种硅谐振压力传感器的补偿方法 | |
(57)摘要
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。 | |
法律状态
法律状态公告日 | 法律状态信息 | 法律状态 |
权 利 要 求 说 明 书
1.一种硅谐振压力传感器的补偿方法,其特征在于,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。
2.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,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。
3.如权利要求2所述的补偿方法,其特征在于,在所述步骤S1c中,利用频率测量电路对两个谐振频率进行同步采集,所述频率测量电路包括单片机,所述单片机具有两个内部定时器。
4.如权利要求3所述的补偿方法,其特征在于,
当硅谐振压力传感器的边梁频率方波信号进入单片机后,使能第一定时器进行边梁频率信号的捕获计数和时钟脉冲计数;
当硅谐振压力传感器的中间梁频率方波信号进入单片机后,使能第二定时器进行中间梁频率信号的捕获计数和时钟脉冲计数;
第一定时器和第二定时器独立并行工作,基于上述捕获计数值和时钟脉冲计数值得到第一谐振器的频率和第二谐振器的频率。
5.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,所述步骤S3中的最小二乘支持向量机的非线性模型为:
<Math><MathText>><mrow><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mo>Σ</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>a</mi><mi>k</mi></msub><mi>K</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><msub><mi>x</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>b</mi></mrow></math>></Math>
其中,K(x,x<Sub>k</Sub>)为核函数且K(x,x<Sub>k</Sub>)=exp(-||x-x<Sub>k</Sub>||<Sup>2</Sup>/2σ<Sup>2</Sup>),σ<Sup>2</Sup>是高斯径向基函数的核宽度;x<Sub>k</Sub>表示训练数据,k=1,...N;α<Sub>k</Sub>是拉格朗日乘子;b是偏置项。
6.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,所述步骤S4包括:将归一化后的标定数据作为训练数据,采用交叉验证的方法对正则化参数和高斯径向基函数的核宽度进行优化。
7.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,所述步骤S6包括:
将第一谐振器和第二谐振器归一化后的谐振频率代入训练后的最小二乘支持向量机的非线性模型,再将得到的数据反归一化即可得到温度补偿后的压力值。
8.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,还包括:采用最小二乘支持向量机的非线性模型对硅谐振压力传感器进行时间漂移补偿。
9.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,
测量硅谐振压力传感器温度补偿后的压力值,并记录压力值与对应的测量时间点;
建立最小二乘支持向量机的非线性模型并进行初始化;
使用记录压力值与对应的测量时间点对最小二乘支持向量机的非线性模型进行参数优化;
采用优化的参数训练最小二乘支持向量机非线性模型,得到训练后的最小二乘支持向量机非线性模型;
利用训练后的最小二乘支持向量机非线性模型,得到硅谐振压力传感器时间漂移补偿后的压力值。
10.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,
将测量时间点代入所述训练后的最小二乘支持向量机的非线性模型中,得到硅谐振压力传感器时间漂移补偿后的压力值。
说 明 书
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。
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