CN104634334B - 温度特性补正装置、电子设备、控制电路及补正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度特性补正装置、电子设备、控制电路及补正方法，其对电子单元的温度特性进行补正。温度特性补正装置计算出利用第一式来拟合在温度特性的第一范围内的第二范围内具有峰值的波形峰值而得出的峰值补正特性、和利用第二式来拟合在温度特性的第一范围内连续的波形而得出的补正特性。温度特性补正装置根据峰值补正特性以及补正特性来计算总补正量，从而使用总补正量对温度特性进行补正。

Description

温度特性补正装置、电子设备、控制电路及补正方法

技术领域

本发明涉及一种对电子单元的温度特性进行补正的温度特性补正装置、电子设备、控制电路及补正方法等。

背景技术

一般而言，物理量传感器具有称为零点的基准值。将零点作为基准而确定物理量。物理量传感器具有温度特性，当温度发生变化时零点发生变动。当该零点的变动被补正时，即使温度发生变化也能够以较高的精度来特定物理量。实测与温度相对应的零点的变动，其结果为，与每个温度相对应的零点的补正值被设定。

零点的补正时，使参数的变化和零点的变动之间的关系用计算式来表现。一般情况下在计算式中使用多项式。但是，物理量传感器的零点的温度特性在局部的温度区域内经常具有峰值，从而零点的温度特性急剧地发生变化。在这种情况下，由于虽然增加多项式的次数从而拟合出急剧的变化或复杂的性质的变化，但增加次数时补正处理将变慢，因此在现实的次数的范围内难以实现充分的拟合。

专利文献1：日本特开2011-255016号公报

发明内容

根据本发明的至少一个方式，提供一种比迄今为止更高精度地实现温度特性的补正的温度特性补正装置、电子设备、控制电路及补正方法。

(1)本发明的一个方式为对电子单元的温度特性进行补正的温度特性补正装置，其对电子单元的温度特性进行补正，所述温度特性补正装置计算出峰值补正特性和补正特性，其中，所述峰值补正特性利用第一式来拟合在所述温度特性的第一范围内的第二范围内具有峰值的峰值波形而得出，所述补正特性利用第二式来拟合在所述温度特性的所述第一范围内连续的波形而得出，所述温度特性补正装置根据所述峰值补正特性以及所述补正特性来计算总补正量，并使用总补正量而对温度特性进行补正。

第一式为描绘具有峰值的曲线。因此，只要第二式描绘平缓的曲线即可，通过第一式及第二式的组合来提高拟合的精度。以与先有精度相比更高的精度来对温度特性进行补正。如现有技术中，当在第一范围的整个区域内仅以多项式来再现温度特性时，则无法充分地表现峰值从而无法提高拟合的精度。

(2)温度特性补正装置能够接收对温度进行特定的参数信号，并根据所述温度来计算所述总补正量，从而对所述温度特性进行补正。如此，能够根据以参数信号而被特定的温度来对温度特性进行补正。

(3)所述第一式能够为指数函数。指数函数能够易于再现具有峰值的波形峰值。

(4)所述第二式能够为多项式。如上所述只要第二式描绘平缓的曲线即可，因此，能够以第二式来高精度地再现在第二范围以外且第一范围内的波形。

(5)温度特性补正装置能够在所述第一范围内所述峰值波形为多个的情况下，利用所述第一式，以相对于峰值的宽度而言的峰值高度由高到底的顺序分别对所述峰值补正特性进行设定。随着相对于峰值宽度的峰值高度越高，曲线的倾斜度越增大，峰值波形急剧上升。随着曲线的倾斜度降低，即使不利用指数函数的第一式也以多项式的第二式拟合出温度特性。因此，计算式被简化。

(6)温度特性补正装置能够对所述电子单元的温度特性施加过滤处理，并使在所述第一范围内连续的波形与所述波形峰值分离，并且根据所分离后的所述峰值波形，利用所述第一式来计算所述峰值补正特性。如此，能够可靠地对峰值补正特性进行计算。

(7)温度特性补正装置通过电子单元而被利用。此时，电子单元能够内置温度特性补正装置。

(8)电子单元通过被组装到电子设备中而被利用。此时，电子设备能够具有电子单元。

(9)电子单元通过被组装到移动体中而被利用。此时，移动体能够具有电子单元。

(10)本发明的其他的方式涉及一种温度特性补正方法，具备：使温度发生变化，并对电子单元的温度特性进行特定的工序；利用第一式来拟合在所述温度特性的第一范围内的第二范围内具有峰值的峰值波形从而取得峰值补正特性的工序；利用第二式来拟合在所述温度特性的所述第一范围内连续的波形从而取得补正特性的工序；获取根据所述峰值补正特性以及所述补正特性来计算总补正量的计算式的工序。

(11)本发明另外的其他的方式涉及一种控制电路，其特征在于，对电子单元的温度特性进行补正，所述控制电路计算出峰值补正特性和补正特性，其中，所述峰值补正特性利用第一式来拟合在所述温度特性的第一范围内的第二范围内具有峰值的峰值波形而得出，所述补正特性利用第二式来拟合在所述温度特性的所述第一范围内连续的波形而得出，所述控制电路根据所述峰值补正特性以及所述补正特性来计算总补正量，并使用所述总补正量而对温度特性进行补正。

附图说明

图1为概要地表示传感器单元的结构的框图。

图2为概要地表示第一式所涉及的峰值波形的曲线图。

图3为表示一个具体示例所涉及的零点的温度特性的曲线图。

图4为表示被简化的温度特性的曲线图。

图5为概要地表示温度特性的补正的过程的曲线图。

图6为概要地表示其他的实施方式所涉及的补正的过程的曲线图。

图7为表示两个补正值波形的比较的曲线图。

图8为表示其他的具体示例所涉及的零点的温度特性的曲线图。

图9为表示另外的其他的具体例所涉及的零点的温度特性的曲线图。

图10为表示另外的其他的具体示例所涉及的零点的温度特性的曲线图。

图11为表示变化特性的波形通过1次的多项式而被拟合的情况的曲线图。

图12为表示变化特性的波形通过2次的多项式而被拟合的情况的曲线图。

图13为表示变化特性的波形通过3次的多项式而被拟合的情况的曲线图。

图14为表示变化特性的波形通过4次的多项式而被拟合的情况的曲线图。

图15为表示变化特性的波形通过5次的多项式而被拟合的情况的曲线图。

图16为表示变化特性的波形通过6次的多项式而被拟合的情况的曲线图。

图17为表示在变化特性的波形中两个第二范围通过第一式而被拟合的情况的曲线图。

图18为相对于变化特性的波形而表示拟合补偿波形的曲线图。

图19为表示其他的实施方式所涉及的以第一式来表现曲线的曲线图。

图20为相对于变化特性的波形来表示拟合补偿波形的曲线图。

图21为表示另外的其他的实施方式所涉及的通过第一式而被表现的曲线的曲线图。

图22为相对于变化特性的波形而表示拟合补偿波形的曲线图。

图23为表示另外的其他的实施方式所涉及的通过第一式而被表现的曲线的曲线图。

图24为相对于变化特性的波形而表示拟合补偿波形的曲线图。

图25为在具有一个峰值的情况下，概要地表示拟合曲线的生成方法的概念图。

图26为在具有多个峰值的情况下，概要地表示拟合曲线的生成方法的概念图。

图27为在波形的形状较复杂的情况下，概要地表示拟合曲线的生成方法的概念图。

图28为概要地表示作为电子设备的一个具体示例的智能手机的结构的概念图。

图29为概要地表示作为电子设备的其他的具体示例的数码照相机的结构的概念图。

图30为概要地表示作为移动体的一个具体示例的汽车的结构的概念图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的一个实施方式进行说明。另外，以下所说明的本实施方式并不是对权利要求书中所记载的本发明的内容进行不适当的限定的实施方式，并且在本实施方式中所说明的结构中的全部结构也并不一定为作为本发明的解决方案所必需的。

(1)传感器单元的结构

图1为概要地表示作为电子单元的一个具体示例的传感器单元11的结构。传感器单元11具备陀螺传感器(物理量传感器)12。陀螺传感器12根据所作用的角速度ω(物理量)而输出电信号。电信号通过模拟数字转换器13而被转换为数字信号之后被供给至控制电路14。

传感器单元11具备温度测量元件16。温度测量元件16根据该温度测量元件16的环境温度T而输出电信号。电信号通过模拟数字转换器17而被转换为数字信号之后被供给至控制电路14。

控制电路14具备补正部18和温度计部19。补正部18被连接于模拟数字转换器13。陀螺传感器12的输出通过模拟数字转换器13而被转换为数字信号。转换后的数字信号被供给至补正部18。温度计部19同样地被连接于模拟数字转换器17。温度测量元件16的输出通过模拟数字转换器17而被转换为数字信号。转换后的数字信号被供给至温度计部19。从温度计部19向补正部18供给参数信号。参数信号对参数值进行特定。此处，参数值与温度相符。温度根据温度测量元件16的输出而在温度计部19中被进行数值化。补正部18根据温度而对总补正量进行计算，从而对温度特性进行补正。

补正部18具备偏值计算部21、加法运算器22和补正数据表23。偏值计算部21被连接于温度计部19。偏值计算部21根据指定的计算式而对零点补正值即偏值进行计算。在进行计算时偏值计算部21参照被存储于补正数据表23中的函数系数。其结果为，在偏值计算部21中对应于参数值而计算出零点补正值。被计算出的零点补正值利用加法运算器22而与陀螺传感器12的输出相加。如此，根据所测量出的温度而电信号被补正。

在加法运算器22上连接有测量值评价部24。测量值评价部24根据被补正了的电信号而输出测量值。在测量值评价部24上连接有比例因子表25。在比例因子表25中以对应于电信号的测量值的方式存储数字值的测量值。测量值评价部24根据所测量出的电信号而从比例因子表25中读取对应的测量值。以此方式被读取的测量值从控制电路14被输出。根据零点补正以较高的精度输出角速度的测量值。

偏值计算部21在进行零点补正值的计算时使用计算式。在计算式中零点补正值相对于温度而被特定。计算式通过使指数函数的第一式和多项式的第二式叠加而被形成，其中，指数函数的第一式对在第一范围内且在窄于该第一范围的第二范围内具有一个峰值的波形(以下称为“峰值波形”)进行特定，多项式的第二式对遍及第一范围的整个区域而连续的波形进行特定。第一式形成拟合出峰值波形的峰值补正特性。第二式形成拟合出在第一范围内连续的波形的补正特性。偏值计算部21根据峰值补正特性及补正特性来计算总补正量。此处，作为计算式而使用如下的式。

【数学式1】

该计算式的第1项符合第一式。第2项符合第二式。如图2所示，根据第一式，补正值D的峰值波形26为温度T的函数，并且在中心温度T₀的高温侧和低温侧处描绘有相似形状，并在中心温度T₀处表示峰值(峰值波形26的高度)h₀。在此，由于底数被设定为“2”，因此在高度h₀的二分之一处峰值波形26的宽度W被特定。根据系数ρ(＞0)而峰值波形26的形状发生变化。n表示自然数，k表示零以上的整数。由于峰值波形26在第二范围27的外侧处表示“0”零值，因此峰值波形26在第二范围27的外侧不会影响第二式的曲线。

(2)温度特性的具体示例

图3为表示一个具体示例所涉及的零点的温度特性。在进行计算式的特定时温度特性的波形28如图4所示那样被简化。此处，下述式被设定为第一式。即，将幂指数项设定为ρ＝2。因此，即使在温度差的数值范围内绝对值偏离“数学式1”冪指数项也被维持在负值。

【数学式2】

下述式所示，在进行总补正量E(T)的设定时，在第二式中设定4项的多项式。

【数学式3】

在温度特性的波形28中特定两个峰值Pb、Pc。如图5所示，例如第1峰值Pb在摄氏7.5度具有中心温度T₀。在第一式中设定为宽度W＝3.2度及高度H₀＝0.13°/s。第2峰值Pc在摄氏70度具有中心温度T₀。在第一式中设定为宽度W＝12度及高度H₀＝－0.11°/s。以此方式在两个第二范围27a、27b内温度特性的波形28被补正。其结果为，峰值Pb、Pc被修正并取得第一式补正曲线29。

相对于以此方式取得的第一式补正曲线29而设定第二式。第二式拟合出第一式补正曲线29。将系数a设定为－2.39×10^－7、将系数b设定为3.343×10⁵、将系数c设定为－4.56×10^－4、将系数d设定为－6.1349×10^－2。如此，根据第一式及第二式的叠加来决定总补正量E(T)。当零点的温度特性以总补正量E(T)被补正时，取得被补正了的温度特性的补正值波形31。零点的偏差被确认为在遍及第一范围31的整个区域内收敛于小于±0.2°/s。

也可以利用温度特性的波形来特定三个峰值Pb、Pc、Pd。如图6所示，例如第1峰值Pb在摄氏7.5度具有中心温度T₀。在第一式中设定为宽度W＝3.2度及高度H₀＝0.13°/s。第2峰值Pc在摄氏43度具有中心温度T₀。在第一式中设定为宽度W＝15度及高度H₀＝0.08°/s。第3峰值Pd在摄氏90度具有中心温度T₀。在第一式中设定为宽度W＝6度及高度H₀＝0.07°/s。以此方式在三个第二范围27a、27b、27c内温度特性的波形28被补正。其结果为，峰值Pb、Pc、Pd被修正并且取得第一式补正曲线29a。

相对于以此方式取得的第一式补正曲线29a而设定第二式。第二式拟合出第一式补正曲线29a。将系数a设定为－2.39x10^－7、将系数b设定为3.343x10⁵、将系数c设定为－4.56x10^－4、将系数d设定为－6.1349x10^－2。如此，根据使第一式及第二式叠加来决定总补正量E(T)。当零点的温度特性以总补正量E(T)被补正时，取得被补正了的温度特性的补正值波形31a。零点的偏差被确认为在遍及第一范围32的整个区域内收敛于小于±0.2°/s。例如，如图7所示，根据两个补正值波形31、31a可明确，被确认为当第一式增加时，零点的偏移进一步收敛于较窄的范围内。

图8表示其他的具体示例所涉及的零点的温度特性。补正量是根据如下的计算式而被计算出的。

【数学式4】

被确认为，虽然在进行补正量的计算时多项式的第二式被省略，但是零点被充分补正。

图9进一步表示其他的具体示例所涉及的零点的温度特性。补正量是根据如下的式而被计算出的。

【数学式5】

同样地，图10进一步表示其他的具体示例所涉及的零点的温度特性。补正量是根据如下的式而被计算出的。

【数学式6】

(3)拟合式的比较

在图11～图16中描绘了任意的变化特性的波形33仅通过多项式(相当于所述的计算式的第二式)而被拟合的情况。图11为下述式那样通过1次的多项式而被拟合的图。

【数学式7】

y＝ax+b

图12为如下述式通过2次的多项式而被拟合的图。

【数学式8】

y＝ax²+bx²+c

图13为如下述式通过3次的多项式而被拟合附图。

【数学式9】

y＝ax³+bx²+cx+d

图14为如下述式通过4次的多项式而被拟合的图。

【数学式10】

y＝ax⁴+bx³+cx²+dx+e

图15为如下述式通过5次的多项式而被拟合的图。

【数学式11】

y＝ax⁵+bx⁴+cx³+dx²+ex+f

图16为如下述式通过6次的多项式而被拟合的图。

【数学式12】

y＝ax⁶+bx⁵+cx⁴+dx³+ex²+fx+g

可知随着多项式的次数的增加，拟合波形34逐渐接近于原始的波形33。另一方面，可知具有峰值Pd、Pf的第二范围内，多项式的波形没有充分拟合出原始的波形33。而且，可易于预测到在通过多项式而被拟合的范围即第一范围的外侧，误差将增大。

在图17中描绘了利用所述的变化特性的波形33并且两个第二范围通过第一式D1、D2(之前的【数学式2】)而被拟合的情况。各自的拟合曲线相对于被抵消了的变化特性的波形而实施3次多项式的拟合。在进行3次多项式的拟合时使用最小平方法。该拟合相当于下述式。

【数学式13】

其结果为，如图18所示，通过两个第一式以及一个第二式的叠加而取得拟合式。由于首先利用指数函数的第一式来实施拟合，并且相对于利用第一式而被补偿的波形而通过最小平方法并以多项式的第二式来实施拟合，因此最终的拟合补偿波形具有通过在正负侧处具有相等的误差的最小平方法而获得的拟合的特征。拟合的最终补偿波形的平均变为零是指，保持即使加上沿着该波形而发生变化的特性误差也不易增大的特征。

另外，例如，如图9所示，相同的第二范围通过多个第一式D1、D3的叠加来被表现。此处，两个第一式D1、D3的宽度W不同。其结果为，如图20所示，拟合式能够进一步拟合出实际的温度特性。此外，如图21所示，例如，根据需要而追加第二范围。由此，从图22可知，拟合性进一步提高。如图23及图24所示，当还增加第一式时(此处为式9)，促进了补正后的温度特性的平坦化。当数据的误差以分散的方式表示时，在原始的温度特性下σ＝0.06656，而在补正后变为σ＝0.00528，误差缩小了8％左右。

(4)传感器单元的制造方法

传感器单元11的制造时，例如，如图3所示，对零点的温度特性进行实测。在进行实测时在陀螺传感器12上施加的角速度被维持在“零”。以固定的变化量在遍及第一范围而引起温度变化。对陀螺传感器12输出进行测量。

如图25所示，相对于陀螺传感器12的输出实施过滤处理。其结果为，在窄于第一范围的第二范围内具有一个峰值的峰值波形被分离出。针对被分离出的峰值波形而实施第一式的修整。

【数学式14】

此处，如下，将局部的波形的数列设为数据对。

【数学式15】

h_n；n＝1，2，…，n

T_n；n＝1，2，…，n

根据分类处理而提取峰值的中心温度T₀。以中心温度T₀的位置为基准来设定移位ΔT/w。这个被认为根据w而进行标尺缩尺的调整。导入变数ω。

【数学式16】

将高度标准化为h₀＝1。

【数学式17】

相对于被标准化的波形Dh来设置两边的对数。

【数学式18】

【数学式19】

其等同于对所述的数据对实施以下的运算。

【数学式20】

T_n＝T_n-T₀；n＝1，2，…，n

如下，对2次多项式y＝ax2以及误差ΔE进行设定。

【数学式21】

y＝ax²+ΔE

ΔE＝y-ax²

对两侧进行平方并用系数“a”进行偏微分。将结果设为零。

【数学式22】

ΔE＝y-ax²

ΔE²＝(y-ax²)²＝y²-2ax²y+a²x⁴

ax⁴＝x²y

由于该关系对于所述的全部数据均成立，因此取得以下内容。

【数学式23】

其结果为，2次系数如下所示。

【数学式24】

因此，从以下的关系获得，

【数学式25】

log₂D_h,＝-ω²T²＝aT²

因此，

【数学式26】

此外，从

【数学式27】

的关系取得

【数学式28】

通过以上的作业而求出利用了根据冪数的最小平方法来获得的拟合曲线。

【数学式29】

在该计算处理中，指数项的范围如下所述。

【数学式30】

-a(T-T₀)²≤0

由于求出的拟合为，

【数学式31】

的波形，因此根据波形的高度h₀而预先对极性进行调整。

如图26所示，在数据列中存在多个峰值的情况下，考虑到在各自的第二范围内进行分离。如图27所示，在波形的形状较复杂的情况下，通过重复拟合，从而能够使局部的变化被去除。

(5)电子设备的其他

图28为概要地表示作为电子设备的一个具体示例的智能手机201。在智能手机201上组装了传感器单元11。传感器单元11能够对智能手机201的姿势进行检测。实施所谓的运动检测。传感器单元11的检测信号例如被供给至微型电子计算机(MPU)202。MPU202能够根据运动检测而执行各种各样的处理。此外，所述的运动检测可以被利用于便携式电话机、便携式游戏机、游戏控制器、汽车导航系统、指示单元、头戴式显示器、平板电脑等的电子设备中。为了运动检测的实现时，能够组装传感器单元11。

图29为概要地表示作为电子设备的其他的具体示例的数码照相机(以下称为“照相机”)203。在照相机203上组装传感器单元11。传感器单元11能够对照相机203的姿势进行检测。传感器单元11的检测信号被供给至手振补正装置204上。手振补正装置204能够根据传感器单元11的检测信号而使例如镜头组205内的特定的透镜进行移动。如此，对手振被补正。另外，手振补正被利用于数码摄像机。为了手振补正的实现，能够组装传感器单元11。

图30为概要地表示作为移动体的一个具体示例的汽车206。在汽车206上组装传感器单元11。传感器单元11能够对车身207的姿势进行检测。传感器单元11的检测信号被供给至车身姿势控制装置208。车体姿势控制装置208例如能够根据车身207的姿势而对悬架的软硬进行控制或对各个车轮209的制动进行控制。另外，所述的姿势控制被利用于两脚行走的机器人或航空器、直升飞机等的各种移动体。为了姿势控制的实现，能够组装传感器单元11。

另外，如上所述，虽然对本实施方式进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说能够很容易地理解出实质上未脱离本发明的新事项及效果的多种改变。因此，这种改变例全部被包含在本发明的范围内。例如，在说明书或附图中，至少一次与更广义或同义的不同用语一起被记载的用语，在说明书或附图的任何位置处均能够被置换为该不同的用语。此外，传感器单元11或陀螺传感器12、控制电路14、温度测量元件16等的结构及动作也并不限定于本实施方式所说明的情况，能够进行各种改变。

符号说明

11…电子单元传感器单元)；14…作为温度特性制御装置的控制电路；27…第二范围；27a…第二范围；27b…第二范围；32…第一范围；Pb…峰值；Pc…峰值；Pd…峰值；Pf…峰值。

Claims (11)

1.一种温度特性补正装置，其特征在于，

对电子单元的温度特性进行补正，

所述温度特性补正装置计算出峰值补正特性和补正特性，其中，

所述峰值补正特性利用第一式来拟合在所述温度特性的第一范围内的第二范围内具有峰值的峰值波形而得出，

所述补正特性利用基于所述峰值波形的第二式来拟合在所述温度特性的所述第一范围内连续的波形而得出，

所述温度特性补正装置根据所述峰值补正特性以及所述补正特性来计算总补正量，

并使用总补正量而对零点的所述温度特性进行补正。

2.如权利要求1所述的温度特性补正装置，其特征在于，

接收对温度进行特定的参数信号，并根据所述温度来计算所述总补正量，从而对所述温度特性进行补正。

3.如权利要求1所述的温度特性补正装置，其特征在于，

所述第一式为指数函数。

4.如权利要求1所述的温度特性补正装置，其特征在于，

所述第二式为多项式。

5.如权利要求1所述的温度特性补正装置，其特征在于，

在所述第一范围内所述峰值波形为多个的情况下，利用所述第一式，以相对于峰值的宽度而言的峰值高度由高到底的顺序分别对所述峰值补正特性进行设定。

6.如权利要求1所述的温度特性补正装置，其特征在于，

对所述电子单元的温度特性施加过滤处理，并使在所述第一范围内连续的波形与所述峰值波形分离，

根据分离后的所述波形峰值，利用所述第一式来计算所述峰值补正特性。

7.一种电子单元，其特征在于，

内置有权利要求1所述的温度特性补正装置。

8.一种电子设备，其特征在于，

具有权利要求7所述的电子单元。

9.一种移动体，其特征在于，

具有权利要求7所述的电子单元。

10.一种温度特性补正方法，其特征在于，具备：

使温度发生变化，并对电子单元的温度特性进行特定的工序；

利用第一式来拟合在所述温度特性的第一范围内的第二范围内具有峰值的峰值波形从而取得峰值补正特性的工序；

利用基于所述峰值波形的第二式来拟合在所述温度特性的所述第一范围内连续的波形从而取得补正特性的工序；

获取根据所述峰值补正特性以及所述补正特性来计算总补正量的计算式的工序；

使用所述总补正量而对零点的所述温度特性进行补正的工序。

11.一种控制电路，其特征在于，

对电子单元的温度特性进行补正，

所述控制电路计算出峰值补正特性和补正特性，其中，

所述峰值补正特性利用第一式来拟合在所述温度特性的第一范围内的第二范围内具有峰值的峰值波形而得出，

所述补正特性利用基于所述峰值波形的第二式来拟合在所述温度特性的所述第一范围内连续的波形而得出，

所述控制电路根据所述峰值补正特性以及所述补正特性来计算总补正量，

并使用所述总补正量而对零点的所述温度特性进行补正。