CN105387859B - Mems传感器组合温度漂移误差补偿方法 - Google Patents

Mems传感器组合温度漂移误差补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种传感器组合，特别是微机电陀螺和加速度计惯性传感器测量组合，涉及MEMS传感器组合温度漂移误差补偿方法，采用上述的MEMS传感器组合温度漂移误差补偿方法补偿后，MEMS传感器组合的静态测试和温度循环试验的输出零偏稳定性有较大幅度提高。

Description

MEMS传感器组合温度漂移误差补偿方法
技术领域
本发明涉及一种传感器组合，特别是微机电陀螺和加速度计惯性传感器测量组合，涉及MEMS传感器组合温度漂移误差补偿方法。
背景技术
MEMS传感器组合是基于惯性测量的仪表组合，它具有体积小、启动快、测量范围大和功耗低的特点，在汽车、无人机及电子玩具的导航控制等领域获得了越来越广泛的应用。
MEMS传感器组合一般包括XYZ三个方向互相垂直安装的陀螺仪和加速度计，用于测量XYZ三个方向的角速率和加速度值，有些MEMS传感器组合还集成有磁强计、气压高度计和温度传感器等进行辅助测量。常见的MEMS传感器组合包括：陀螺仪组合、加速度计组合、惯性测量组合等。
现有的MEMS传感器精度比较低(在0.1°/s左右)，这一点使得MEMS传感器的使用领域受到局限。MEMS传感器由于受固定基座材料特性、传感器固定方式和传感器本身温度特性等因素的影响，角速率和加速度零位输出会随着环境温度的变化产生较大漂移现象。如果不对其输出零位漂移进行有效补偿，在随机误差、安装误差及温度漂移等因素的综合影响下，产品的零偏稳定性指标很难达到设计要求，迫使一些项目在设计上选用更高精度但价格昂贵的传感器，这提高了产品成本，最终导致产品不大可能获得使用。
发明目的
本发明的目的是提供一种MEMS传感器组合温度漂移误差补偿方法，以便MEMS传感器组合产品在上电启动到稳定工作的整个过程中自动进行误差补偿，使得补偿前后的零位偏移幅度降低，能提高产品性能与测试合格率，降低成本。
本发明的目的是这样实现的，MEMS传感器组合温度漂移误差补偿方法，其特征是：至少包括如下步骤：
步骤1：给MEMS传感器组合加电启动；
步骤2：延时1分钟；
步骤3：读取MEMS传感器组合启动时刻温度T0，并存贮到缓存器；
步骤4：查表获取与当前温度值对应的误差修定值；
步骤5：用步骤4的修定值修正MEMS传感器组合输出值；
步骤6：延时2分钟；
步骤7：读取MEMS传感器组合当前温度Tn，用读取的当前温度值与缓存器温度值进行比较，温度变化值小于2℃时，重返步骤6；温度变化值大于2℃时，将读取的当前温度值存入缓存器，代替上次的温度值，然后进行下一步；
步骤8：计算本次时间间隔内MEMS传感器输出与温度变化率有关的误差修定值；
步骤9：计算本次时间间隔内MEMS传感器输出与温度变化二次方有关的误差修定值；
步骤10：计算本次时间间隔内的误差修定总值；
步骤11：用步骤10修定值修正MEMS传感器组合输出值。重返步骤6。
所述的步骤8：计算本次时间间隔内MEMS传感器输出与温度变化率有关的误差修定值是通过如下公式完成：
C1(Tn)＝K1·△Tn (1)
其中，K1是MEMS传感器组合输出与温度变化率有关的误差系数，对于一个MEMS传感器组合是已知的量，但每一台MEMS传感器组合产品的K1值是有差异的；△Tn是前后两次时间间隔温度的差值。
所述的步骤9是通过如下公式完成：
C2(Tn)＝2K2·Tn·△Tn (2)
其中，K2是MEMS传感器组合输出与温度变化率平方有关的误差系数，对于一个MEMS传感器组合是已知的量，但每一台MEMS传感器组合产品的K2值是有差异的；Tn是当前温度值，△Tn是前后两次时间间隔温度的差值。
所述的步骤10是通过如下公式完成：
C＝C2(Tn)+C1(Tn) (3)
所述的步骤11是通过步骤10修定值修正MEMS传感器组合输出值。
有益效果
针对MEMS传感器组合温度漂移特性，采用上述的MEMS传感器组合温度漂移误差补偿方法补偿后，MEMS传感器组合的静态测试和温度循环试验的输出零偏稳定性有较大幅度提高。以某型MEMS传感器组合为例，补偿前因受环境温度影响，角速率通道输出最大偏差达到0.25°/s，补偿后角速率通道输出最大偏差小于0.1°/s；补偿前，温度循环试验过程中角速率通道输出最大波动达到0.5°/s，补偿后，温度循环试验过程中角速率通道输出最大波动小于0.3°/s。对比补偿前后可以看出，采取补偿措施后，MEMS传感器组合全温范围内零偏稳定性指标，可由原来的0.5°/s提高到0.25°/s，经过对小批量样本统计，批产阶段产品的交付合格率由20％提高到95％以上。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：
图1是MEMS传感器组合温度漂移误差补偿方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，MEMS传感器组合温度漂移误差补偿方法，至少包括如下步骤：
步骤1：给MEMS传感器组合加电启动；
步骤2：延时1分钟；
步骤3：读取MEMS传感器组合启动时刻温度T0，并存贮到缓存器；
步骤4：查表获取与当前温度值对应的误差修定值；
步骤5：用步骤4的修定值修正MEMS传感器组合输出值；
步骤6：延时2分钟；
步骤7：读取MEMS传感器组合当前温度Tn，用读取的当前温度值与缓存器温度值进行比较，温度变化值小于2℃时，重返步骤6；温度变化值大于2℃时，将读取的当前温度值存入缓存器，代替上次的温度值，然后进行下一步；
步骤8：计算本次时间间隔内MEMS传感器输出与温度变化率有关的误差修定值；
步骤9：计算本次时间间隔内MEMS传感器输出与温度变化二次方有关的误差修定值；
步骤10：计算本次时间间隔内的误差修定总值；
步骤11：用步骤10修定值修正MEMS传感器组合输出值。重返步骤6。
步骤1至步骤5给出了启动时刻温度误差补偿的流程：
MEMS传感器组合启动后，依据启动时刻检测到的温度值T0查表获得该温度段误差补偿值C(T0)见表1，然后直接在各通道输出数据中补偿(减去)。
表1与启动时刻温度值有关的误差补偿值
T0≥65℃ 60℃≤T0<65℃ 55℃≤T0<60℃ 50℃≤T0<55℃ ……
C1 C2 C3 C4 ……
所述的步骤8：计算本次时间间隔内MEMS传感器输出与温度变化率有关的误差修定值是通过如下公式完成：
C1(Tn)＝K1·△Tn (1)
其中，K1是MEMS传感器组合输出与温度变化率有关的误差系数，对于一个MEMS传感器组合是已知的量，但每一台MEMS传感器组合产品的K1值是有差异的；△Tn是前后两次时间间隔温度的差值。
MEMS传感器组合启动后1分钟，通过定时判断温度变化幅度的方法估计与温度变化有关误差值；以确定的时间间隔(2分钟)测量累计温度变化量，如果温度变化量大于设定值(2℃)时，计算出本次时间间隔的误差修订值(K1·△Tn)，然后在MEMS传感器组合输出数据中按进行补偿，否则在本次时间间隔不进行误差修定(将误差积累到下一时间间隔Tn+1)。
所述的步骤9是通过如下公式完成：
C2(Tn)＝2K2·Tn·△Tn (2)
其中，K2是MEMS传感器组合输出与温度变化率平方有关的误差系数，对于一个MEMS传感器组合是已知的量，但每一台MEMS传感器组合产品的K2值是有差异的；Tn是当前温度值，△Tn是前后两次时间间隔温度的差值。
所述的步骤10是通过如下公式完成：
C＝C2(Tn)+C1(Tn) (3)
所述的步骤11是通过步骤10修定值修正MEMS传感器组合输出值。
MEMS传感器组合温度漂移误差补偿是从启动到稳定工作整个过程中的误差修正，具体误差修正由MEMS传感器组合信号处理电路板上的数据处理软件来实现，需要在数据处理软件中增加温度误差补偿软件模块，温度值由MEMS传感器组合内部的温度传感器提供。包括与启动时刻温度值有关的误差补偿、工作过程与温度变化率有关误差补偿、工作过程与温度变化二次方有关误差补偿。每台产品对应有确定的补偿系数(C(T0)，K1、K2))而且已经通过温度试验测试计算获得。

Claims (1)

1.MEMS传感器组合温度漂移误差补偿方法，其特征是：至少包括如下步骤：
步骤1：给MEMS传感器组合加电启动；
步骤2：延时1分钟；
步骤3：读取MEMS传感器组合启动时刻温度T0，并存贮到缓存器；
步骤4：查表获取与当前温度值对应的误差修定值；
步骤5：用步骤4的修定值修正MEMS 传感器组合输出值；
步骤6：延时2分钟；
步骤7：读取MEMS传感器组合当前温度Tn，用读取的当前温度值与缓存器温度值进行比较，温度变化值小于2℃时，重返步骤6 ；温度变化值大于2℃时，将读取的当前温度值存入缓存器，代替上次的温度值，然后进行下一步；
步骤8：计算本次时间间隔内MEMS传感器输出与温度变化率有关的误差修定值；具体是通过如下公式完成：
C1(Tn) ＝ K1·△Tn (1)；
其中，K1是MEMS传感器组合输出与温度变化率有关的误差系数，对于一个MEMS传感器组合是已知的量，但每一台MEMS传感器组合产品的K1值是有差异的；△ T n是前后两次时间间隔温度的差值；
步骤9：计算本次时间间隔内MEMS传感器输出与温度变化二次方有关的误差修定值；具体是通过如下公式完成：
C2(Tn) ＝ 2K2·Tn·△ Tn (2)；
其中，K2是MEMS传感器组合输出与温度变化率平方有关的误差系数，对于一个MEMS 传感器组合是已知的量，但每一台MEMS 传感器组合产品的K2值是有差异的；
步骤10 ：计算本次时间间隔内的误差修定总值；具体是通过如下公式完成：
C ＝ C2(Tn)+C1(Tn) (3)；
步骤11 ：用步骤10修定值修正MEMS传感器组合输出值，重返步骤6。
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