一种数字式倾角传感器及其温度非线性补偿方法

摘要

本发明公开了一种数字式倾角传感器及其温度非线性补偿方法；数字式倾角传感器包括MEMS传感器、滤波模块、微处理器、基准电源模块、通信模块和稳压电源模块；其中微处理器内含A/D变换模块、温度补偿模块及非线性补偿模块。MEMS传感器输出含倾角信息的模拟电压信号经滤波模块输入至A/D变换模块，同时还输出温度数字信号至温度补偿模块。在微处理器中，A/D变换模块及温度补偿模块的输出经非线性补偿模块综合后输出倾角测量值数字信号。温度补偿模块及非线性补偿模块所采用的温度非线性补偿技术弥补了现有同类技术中温补误差大、非线性误差明显的缺点。本发明具有成本低、测量精度高、抗振动冲击、适用于宽温严酷环境的优点。

主权项

一种基于数字式倾角传感器的温度非线性补偿方法，所述数字式倾角传感器包含MEMS传感器(102)、滤波模块(103)、微处理器(104)、通信模块(106)、基准电源模块(105)以及稳压电源模块(101)；所述微处理器(104)包括温度补偿模块(104‑1)、A/D变换模块(104‑2)和非线性补偿模块(104‑3)；所述MEMS传感器(102)的电源输入端、所述滤波模块(103)的电源输入端、所述微处理器(104)的电源输入端、所述基准电源模块(105)以及所述通信模块(106)的电源输入端均连接稳压电源模块(101)；所述温度补偿模块(104‑1)的输入端连接至所述MEMS传感器(102)的第一输出端，所述滤波模块(103)的信号输入端连接至所述MEMS传感器(102)的第二输出端，所述A/D变换模块(104‑2)的第一输入端连接至所述滤波模块(103)的输出端，所述A/D变换模块(104‑2)的第二输入端连接至所述基准电源模块(105)的输出端，所述非线性补偿模块(104‑3)的第一输入端连接至所述温度补偿模块(104‑1)的输出端，所述非线性补偿模块(104‑3)的第二输入端连接至所述A/D变换模块(104‑2)的输出端，所述通信模块(106)的输入端连接至所述非线性补偿模块(104‑3)的输出端；其特征在于，所述温度非线性补偿方法包括下述步骤：S1：在待测全温范围内均匀选取若干个试验温度点T_i，相邻温度点间隔应不大于10℃，在每个试验温度点T_i下，温控转台箱内温度应保温足够长的时间以使倾角传感器装置内外温度基本平衡；S2：在每个试验温度点T_i下，在‑8°～8°倾角范围内均匀选取若干个倾角测量点θ_j，相邻倾角测量点角度间隔应不大于1°；S3：在每个试验温度点T_i下，温控转台箱内保温足够长时间后，控制转台旋转至每个倾角测量点θ_j，此时采集倾角传感器装置中A/D变换模块输出的含倾角信息的电压数字信号V(T_i,θ_j)和温度数字信号TEMP(T_i)；S4：在每个温度点T_i，采用最小二乘法拟合所采集数字电压V(T_i,θ_j)与倾角θ_j的三次多项式，获得每个温度点T_i下的零位测量值V₀(T_i)及灵敏度测量值S_c(T_i)，并根据所述零位测量值V₀(T_i)和所述灵敏度测量值S_c(T_i)获得每个温度点、每个标定角度下的加速度计算值S5：采用最小二乘法拟合每个温度点T_i下的倾角值θ_j与加速度计算值a(T_i,θ_j)的三次关系，获得每个温度点T_i下的二次非线性系数测量值C₂(T_i)、三次非线性系数测量值C₃(T_i)；S6：采用最小二乘法拟合零位V₀(T_i)、灵敏度S_c(T_i)、二次非线性系数C₂(T_i)、三次非线性系数C₃(T_i)与所述温度数字信号值TEMP(T_i)的多项式函数关系，获得补偿系数p_0,V0、p_1,V0、p_2,V0、p_3,V0、p_0,Sc、p_1,Sc、p_2,Sc、p_3,Sc、p_0,C2、p_1,C2、p_0,C3、p_1,C3；其中p_0,V0、p_0,Sc、p_0,C2、p_0,C3分别表示基准的零位、灵敏度、二次非线性系数、三次非线性系数；p_1,V0、p_1,Sc、p_1,C2、p_1,C3分别表示零位、灵敏度、二次非线性系数、三次非线性系数的温度变化一次系数；p_2,V0、p_2,Sc表示零位、灵敏度的温度变化二次系数；p_3,V0、p_3,Sc表示零位、灵敏度的温度变化三次系数；S7：根据上述补偿系数获得数字式倾角传感器的零位V₀、灵敏度S_c、二次非线性系数C₂和三次非线性系数C₃的温度补偿值。