一种具有协同热控制和自适应滤波功能的热对流倾斜传感器，用于长期漂移抑制

《Journal of Microelectromechanical Systems》：A Thermal Convection Tilt Sensor With Synergistic Thermal Control and Adaptive Filtering for Long-Term Drift Suppression

　　

摘要：

本文介绍了一种具有协同热控制和自适应滤波功能的热对流倾斜传感器，用于长期漂移的抑制。实验研究表明，传感器的基线漂移主要源于内部产生的热对流场的不稳定性。为了解决这一限制，开发了一种闭环温度控制（CTC）电路，通过连续负反馈主动调节微加热器，从而稳定了热激励源，并将温度引起的漂移减少了大约90%。在此基础上，提出了一种三模自适应融合滤波器，进一步抑制剩余的超低频基线漂移和高频噪声，使波动幅度额外减少了70%，同时保持了动态阶跃响应。这两种互补机制共同在物理域和信号域建立了一个统一的稳定框架，实现了最小可检测角度（MDA）为0.0698°，输出标准差为0.601 mV。Allan偏差分析进一步证实了长期稳定性的显著改善，加速度随机游走（ARW）降低到 2.399×10?7° / √ Hz，偏置不稳定性（BI）降低到 5.317×10?9°。这些结果表明，所提出的双重稳定框架为精密测量应用中的高稳定性热对流倾斜传感提供了一种有效的解决方案。[2026-0102]