超高灵敏度加速度计温度模型测试方案与实验

超高灵敏度加速度计广泛应用于空间探测和地球重力场测量等领域,评估温度对其的影响并将之扣除,对提高加速度计的精度有着重要意义。针对此类加速度计零偏和标度因数的温度模型测试方案,详细分析了测试过程中可能产生的误差项及作用机制,确认了重力场升降温测试中对称位置法依然可以有效消除温度变化相关的安装面变形误差,从而提升了测试精度。基于此分析,利用带温箱的二轴转台进行了小角度倾斜多位置旋转实验,验证了分析的正确性以及方法的有效性。对自研的ng分辨率MEMS加速度计的测试结果表明,零偏的温度系数测试不确定度达0.5μg/℃(95%置信区间),标度因数的温度系数测试不确定度达4 ppm/℃(95%置信区间);此外,对星载试验的实测数据,经地面所测模型补偿后可将温度效应降低至补偿前的3.5%。

0.3 ng/Hz1/2超高灵敏度MEMS加速度计研究进展

采用微纳加工工艺制备了硅基微机电(MEMS)超高灵敏度加速度计,并针对超高灵敏度MEMS加速度计进行了结构设计及仿真。通过独特自主的体硅一体化刻穿工艺加工出MEMS加速度计敏感结构,测得MEMS加速度计噪声谱密度在1 Hz处为0.3 ng/Hz1/2,46 h偏值稳定性为740 ng,量程1 mg,带宽10 Hz,抗随机振动可达8 g(RMS),抗冲击过载1000 g。相比于传统的高精度加速度计,本文提出的基于微纳加工工艺的硅基超高灵敏度MEMS加速度计体积小、重量轻、环境适应性强,具有可批量化生产和成本低的优势,有望用于对灵敏度有较高要求的微震测量、微重力环境应用、空间探测等领域。