CN102435782A - 一种微机械加速度计性能参数在线调试电路 - Google Patents

一种微机械加速度计性能参数在线调试电路 Download PDF

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乔伟
俞瑛
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China North Industries Group Corp No 214 Research Institute Suzhou R&D Center
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Abstract

本发明涉及一种微机械加速度计性能参数在线调试电路，它包括与用于设置参数的PC相连接的PC接口电路模块、与PC接口电路模块相连接的信号处理模块、与信号处理模块相连接的传感器模块、与信号处理模块连接的存储器模块。 该在线调试方法快捷便利，只要通过变动EEPROM中相应控制寄存器的值即可实现对电路增益、灵敏度、温度等特性的校准和补偿；信号处理电路可靠性高；增强了信号处理电路的灵活性和实用性。

Description

一种微机械加速度计性能参数在线调试电路
  
技术领域
本发明涉及一种微机械加速度计性能参数在线调试电路。
  
背景技术
本发明主要针对微机械压阻式加速度计的性能参数在线调试方法，该类型的加速度计的构成和检测原理已经决定了该类型的加速度计对温度较为敏感，具有较大的温度漂移、零偏以及增益较小等特性，需要通过一系列的补偿手段对信号加以校准，以达到较高的性能指标。目前国内外已经有类似的性能参数调试方法。
申请号为WO00/55652，，名称为“Calibration of sensors”的专利申请公开了对多轴向传感器各个敏感轴灵敏度的校准，将校准参数存储在EEPROM中，但该方法未实现增益以及温度等特性的在线调整。
国内一篇名为“ACCELEROMETER AND METHOD FOR ERROR COMPENSATION”文献中描述的是通过非易失性存储器实现对三轴加速度计的错误补偿，实现了偏置的补偿和温度补偿，但没有实现对增益的可编程功能。
上述的加速度计传感器校准方法，首先都未能实现增益特性的在线校准和设置，其次也未能实现对温度特性的补偿，在线设置温度系数以将温度对传感器的影响降到最低，使其具有较好的线性度。再次传统的性能参数调试方法再设计时就必须将参数固定，其手段较为机械，未能实现在线进行调试，不具备较强的灵活性。因此。发明一种高可靠性、通用性较强、灵活性较高的参数在线调试方法显得十分重要。
  
发明内容
本发明目的是提供一种在线对微机械加速度计的增益、灵敏度、零位偏置等特性进行调整的电路。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种微机械加速度计性能参数在线调试电路，它包括与用于设置参数的PC相连接的PC接口电路模块、与PC接口电路模块相连接的信号处理模块、与信号处理模块相连接的传感器模块、与信号处理模块连接的存储器模块；
所述的PC接口电路模块包括PC接口电路板，其将PC上设置的参数信号传送至信号处理模块或将由信号处理模块读取存储器中的值回传至PC进行显示；
所述的信号处理模块作为一个专用的信号处理电路，其内部包括多个运算放大器，其将通过PC机设置好的参数信号传送至存储器模块或将传感器模块感应到的微弱信号放大补偿后传送至PC接口电路模块进行输出；
所述的传感器模块包括微机械压阻式加速度计，其工作时将感应到的微弱信号送至信号处理模块进行放大处理，同时协同存储器模块中存储的补偿值对信号进行温度特性、零偏特性、灵敏度的校准和补偿；
所述的存储器模块包括EEPROM，其用于存储对传感器模块的补偿值从而改变微机械加速度计的增益、灵敏度、零位偏置、温漂等特性。
所述的信号处理模块包括多个运算放大器、数据运算单元等。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点：该在线调试方法快捷便利，只要通过变动EEPROM中相应控制寄存器的值即可实现对电路增益、灵敏度、温度等特性的校准和补偿；信号处理电路可靠性高；增强了信号处理电路的灵活性和实用性。
  
附图说明
附图1为本发明电路的原理框图；
附图2为本发明电路的信号处理模块的原理图；
附图3为存储补偿数据的EEPROM中各个寄存器的分配图；
其中：1、PC接口电路模块；2、信号处理模块；3、传感器模块；4、存储器模块。
  
具体实施方式
下面结合附图，对本发明优选的具体实施例进行说明。
如图1所示，该在线调试电路包括与用于设置参数的PC相电路连接的PC接口电路模块1、与PC接口电路模块1相连接的信号处理模块2、与信号处理模块2相连接的传感器模块3、与信号处理模块2相连接的存储器模块4；
所述的PC接口电路模块1包括PC接口电路板，其将PC上设置的参数信号传送至信号处理模块2或将由信号处理模块补偿后的相关数值回传至PC；
所述的信号处理模块2包括多个运算放大器和运算单元，其将从PC接口电路模块1接收得到的参数设置信号传送至存储器模块4或将传感器模块3感应到的信号处理后进行输出；
所述的传感器模块3包括微机械加速度计，其主要工作为检测外界线加速度信号，通过压阻式原理得到与加速度信号成正比的微弱电压信号，从而进行输出至信号处理模块2进行进一步的放大处理；
所述的存储器模块4包括EEPROM，其用于存储对传感器模块3的补偿值从而改变微机械加速度计的增益、灵敏度、零位漂移、温度漂移等特性。
如图2所示，所述的信号放大模块2包括运算放大器（A1、A2、A3、A4）、滑动变阻器（R 
Figure 617932DEST_PATH_IMAGE002
、R
Figure 202628DEST_PATH_IMAGE004
 R
Figure 153266DEST_PATH_IMAGE006
）、电阻（R1～R8），所述的A1的同相输入端与微机械加速度计相连接，反向输入端端与A2的反向输入端相连接且A1的同相输入端与A2的反向输入端之间连接有R
Figure 98089DEST_PATH_IMAGE002
，A1的反向输入端与输出端相连接且其之间连接有R2；A3反向输入端与A1输出端相连接，且之间连接有R4，A3反向输入端与R4交点与A3的输出端相连接且之间连接有R5，A3的输出端与R5的连接点连接R
Figure 756298DEST_PATH_IMAGE004
后接地；R 的滑片与A4的同相输入端相连接，A4的反向输入端与R
Figure 199097DEST_PATH_IMAGE006
的滑片相连接，R 一端接地另一端连接R7后与A4的输出端相连接；A2的同相输入端与微机械加速度计相连接，A2的输出端与R1的连接点与R3的一端相连接；R3的另一端与R6相连接，R3与R6的连接端点与A3的同相输入端相连接; 微机械加速度计与R8一端相连接，R8另一端接地。
由图2可得以下关系式：
V OUT  = V DIFF  (Front End PGA Gain)(Gain DAC)(Output Amplifier Gain) + Coarse Offset (Front End PGA Gain)(Gain DAC)(Output Amplifier Gain) + Zero DAC (Gain DAC)(Output Amplifier Gain)由上面的关系可得出，通过PC调节Coarse Offset和Front End PGA Gain的值来控制零位的稳定性，通过调整Gain DAC和Output Amplifier Gain的值来实现对灵敏度的控制。
从图1的存储器分配图中可以看到第二部分主要为温度补偿表的计算，包括T X 、Z X 、G X 的确定，通过应用线性插值算法，可计算出温度补偿表中的各个值，其中T X 为预先选择的各个温度值。
通过①②③④式可计算出温度查找表中的内容，通过PC设置参数，实现对该类型加速度计温度特性的软件补偿。
综上，本发明较现有技术具有以下优点：
1、该在线调试方法快捷便利，只要通过变动EEPROM中相应控制寄存器的值即可实现对电路增益、灵敏度、温度等特性的校准和补偿。
 2、通过该在线调试方法使得信号处理电路的可靠性得到提高，能够更好的对各种参数进行补偿，提高了电路的实用性。
 3、通过对EEPROM中寄存器的控制增加了信号处理电路应用的灵活性，使得其可以适应在不同背景上的应用需求。

Claims (2)

1.一种微机械加速度计性能参数在线调试电路，其特征在于：它包括与用于设置参数的PC相连接的PC接口电路模块（1）、与PC接口电路模块（1）相连接的信号处理模块（2）、与信号处理模块（2）相连接的传感器模块（3）、与信号处理模块（2）连接的存储器模块（4）；
所述的PC接口电路模块（1）包括PC接口电路板，其将PC上设置的参数信号传送至信号处理模块（2）或将由信号处理模块（2）读取存储器中的值回传至PC进行显示；
所述的信号处理模块（2）作为一个专用的信号处理电路，其内部包括多个运算放大器，其将通过PC机设置好的参数信号传送至存储器模块（4）或将传感器模块（3）感应到的微弱信号放大补偿后传送至PC接口电路模块进行输出（1）；
所述的传感器模块（3）包括微机械压阻式加速度计，其工作时将感应到的微弱信号送至信号处理模块（2）进行放大处理，同时协同存储器模块（4）中存储的补偿值对信号进行温度特性、零偏特性、灵敏度的校准和补偿；
所述的存储器模块（4）包括EEPROM，其用于存储对传感器模块（3）的补偿值从而改变微机械加速度计的增益、灵敏度、零位偏置、温漂等特性。
2.根据权利要求1所述的微机械加速度计性能参数在线调试电路，其特征在于：所述的信号处理模块（2）包括多个运算放大器、数据运算单元等。
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