CN109752024A - 一种微机械陀螺的温漂校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微机械陀螺的温漂校正方法，该方法获取陀螺仪的温度模型并生成温度与陀螺仪漂移的对应数组，然后在嵌入式系统中使用分段比例微分方式对温漂进行实时补偿。与传统的温漂校正方法相比，简单、可靠、投入成本低，由于提前测试出陀螺的温度模型，嵌入式系统只需查表然后经过简单计算就可完成温漂的补偿，对嵌入式系统的性能要求低。

Description

一种微机械陀螺的温漂校正方法

技术领域

本发明属于微传感器领域，涉及一种基于微电子机械系统陀螺仪的温漂校正方法，尤其涉及一种消除由于温度变化导致陀螺仪零点偏移的方法。

背景技术

陀螺稳定技术近年来广泛应用于无人机、智能手持设备、电子玩具等领域，由于光纤、激光等陀螺仪精度高、稳定性好，不易被外界干扰等优点，往往价格比较昂贵，体积相对来说也比较大，在一些场合不适用；微机械陀螺由于封装及接口芯片面积极小，使整体结构大幅减小，并且价格优势明显，在满足使用精度的前提下，微机械陀螺成为各大厂商的首选。

微机械陀螺与其他类型陀螺相比具有众多优势，但其自身也有一些缺点：陀螺本身的随机游走，及陀螺仪受温度的影响而产生的漂移。温度对陀螺仪的影响主要表现在两个方面：一是陀螺本身材料的弹性模量对温度的敏感性；二是陀螺的外围电路性能受温度的影响。如何克服陀螺仪的温漂保证测量精度变得至关重要。

现在常用的解决方法有：在结构中增加负温度系数的材料、元件以抵消温度变化引起的其他有关材料物理参数的变化，补偿温度对陀螺仪的影响；采用一定的硬件措施尽量使陀螺工作环境温度稳定；相对而言这种做法要有一定的成本投入，且实施起来有一定难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微机械陀螺的温漂校正方法，解决温度变化对陀螺的输出值带来的漂移问题。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种微机械陀螺的温漂校正方法，包括以下步骤：1、获取待测陀螺仪的温度模型，该温度模型为待测陀螺仪在不同温度下与对应温漂校正值的模型，将待测陀螺仪处于静止状态，并对待测陀螺仪进行温度标定，使待测陀螺仪按照一定的温度间隔进行温度变化，读取待测陀螺仪在不同温度下对应的角速度，对角速度进行滤波计算得出陀螺仪的漂移值，漂移值也是温漂校正值；2、生成温度与陀螺仪温漂校正值的对应数组，当读取完整个温度范围的漂移值以后，根据整个温度范围的对应关系离散值生成离散值数组对应的头文件；3、实际使用时，使用分段比例微分方式对温漂进行实时补偿，将步骤2产生的头文件放到对应陀螺仪所使用的工程中，由于步骤2生成的文件温度值是离散的，直接使用不够精确，使用分段比例微分的方式对离散的数据进行平缓化：若当前获取的陀螺温度为tem，通过查头文件知道tem介于头文件的tem_a与tem_b之间，tem_b > tem_a，且tem_a与tem_b对应的温漂校正值分别为adjust_a和adjust_b，则tem温度对应的温漂校正值使用如下公式计算所得：adjust_a + （adjust_b -adjust_a）* ( (tem – tem_a) /（tem_b - tem_a）)，使用该温漂校正值进行温漂校正即可。

进一步的，对角速度进行卡尔曼滤波以及长度为N的滑动滤波器计算当前温度对应的漂移值，可以有效去除陀螺的随机游走数据对数据采集的影响。

进一步的，N的取值范围为10-20。

本发明所述微机械陀螺的温漂校正方法，步骤1和步骤2通过温控箱和上位机完成，温控箱中放有含有待测陀螺仪的陀螺测试板，陀螺测试板与上位机通过串口连接通信，上位机包括串口通信设置界面，可配置与陀螺调试板之间通信的波特率以及协议；实时数据显示界面，可实时动态的观察陀螺输出的角速度值；不同温度对应的陀螺仪偏移值记录界面，用于暂存陀螺温度模型的离散值；数据表格生成按钮，生成温度与漂移值对应的二维数组；工作时，连接好温控箱与上位机之间的线缆，打开并配置好上位机，温控箱加电并设置温度变化模式、温度变化范围和温度变化间隔，使温控箱处于静止状态后开始标定，每个温度保持1分钟，此时上位机通过获取陀螺仪输出的数据计算当前温度对应的漂移值，直到计算完设定的整个温度范围；当上位机计算完整个温度范围的偏移值之后，会在其偏移值显示区域显示出整个温度范围的对应关系离散值，此时点击上位机的生成表格按钮，生成离散值数组对应的头文件。

进一步的，温控箱的温度变化模式为升温模式，温度变化范围为10℃-60℃，温度变化间隔为0.5°C或0.1°C。

本发明所述微机械陀螺的温漂校正方法，在嵌入式系统中使用分段比例微分方式对温漂进行实时补偿。

本发明的有益效果：本发明微机械陀螺的温漂校正算法，简单、可靠、投入成本低，由于提前测试出陀螺的温度模型，嵌入式系统只需查表然后经过简单计算就可完成温漂的补偿，对嵌入式系统的性能要求低。本方法采用通过卡尔曼滤波算法以及长度为N（取值范围10-20）的滑动滤波器平滑滤波之后的数据，可以有效去除陀螺的随机游走数据对数据采集的影响；直接保留使用采集过程中得到的数据，避免丢失有价值的点，保证校正的精确度。

附图说明

图1为温控箱与上位机的连接示意图；

图2为实施例1得出的校正曲线图；

图中：1、温控箱，2、陀螺调试板，3、串口线，4、上位机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种微机械陀螺的温漂校正方法，该方法通过温控箱1和上位机4完成，如图1所示，为温控箱1与上位机4的连接示意图，，所示温控箱1中放有含有待测陀螺仪的陀螺测试板2，陀螺测试板2通过串口线3与上位机4连接通信，将获取的陀螺原始数据源源不断的发送出来。

所示上位机包括串口通信设置界面，可配置与陀螺调试板之间通信的波特率以及协议；实时数据显示界面，可实时动态的观察陀螺输出的角速度值；不同温度对应的陀螺仪偏移值记录界面，用于暂存陀螺温度模型的离散值；数据表格生成按钮，生成温度与漂移值对应的二维数组以供嵌入式软件使用。

具体的温漂校正方法通过以下步骤来实现：

a)获取待测陀螺仪温度模型：如图1所示，连接好温度模型获取系统的线缆，打开并配置好上位机，温控箱加电并设置成开始标定温度（比如要标定陀螺10℃-60℃之间的温度模型，就将温控箱起始温度设置为10℃），并使温控箱处于静止状态；开始标定：设置好温控箱温度限制，并设置为自动升温模式，升温间隔为0.5℃（为了获取更精确的数据，可设置为0.1℃），每个温度保持1分钟，此时上位机通过获取陀螺仪输出的数据，通过卡尔曼滤波算法以及长度为N（取值范围10-20）的滑动滤波器计算当前温度对应的漂移值，漂移值也是温漂校正值，直到计算完设定的整个温度范围。

b）生成温度与陀螺仪漂移的对应数组：当上位机计算完整个温度范围的偏移值之后，会在其偏移值显示区域显示出整个温度范围的对应关系离散值，此时点击上位机的生成表格按钮，生成离散值数组对应的头文件（.H文件）。

c）在嵌入式系统中使用分段比例微分方式对温漂进行实时补偿：将上一步产生的.H文件放到对应陀螺仪所使用的工程中，由于上一步生成的文件温度值是离散的，直接使用不够精确，在这里使用分段比例微分的方式对离散的数据进行平缓化：由于在很小的温差范围内，两个温度点之间的其他位置可以近似的使用一次或者二次函数进行拟合，本实施例为了简便，直接假设两个离散的温度点之间是斜率固定的直线。假设当前获取的陀螺温度为tem，通过查表知道tem介于表格的tem_a与tem_b之间（假设tem_b > tem_a），且tem_a与tem_b对应的温漂校正值分别为adjust_a和adjust_b，则tem温度对应的温漂校正值使用如下公式计算所得：adjust_a + （adjust_b - adjust_a）* ( (tem – tem_a) /（tem_b - tem_a）)，把当前测量的陀螺仪角速度数值与温漂校正值相减，即完成陀螺仪的温度漂移补偿。

如图2所示，为使用该方法得出的校正曲线，校正曲线可以看出很大程度上真实反映出了测试得到的数据，计算出的校正值会比较精确。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种微机械陀螺的温漂校正方法，其特征在于：包括以下步骤：1、获取待测陀螺仪的温度模型，该温度模型为待测陀螺仪在不同温度下与对应温漂校正值的模型，将待测陀螺仪处于静止状态，并对待测陀螺仪进行温度标定，使待测陀螺仪按照一定的温度间隔进行温度变化，读取待测陀螺仪在不同温度下对应的角速度，对角速度进行滤波计算得出陀螺仪的漂移值，漂移值也是温漂校正值；2、生成温度与陀螺仪温漂校正值的对应数组，当读取完整个温度范围的漂移值以后，根据整个温度范围的对应关系离散值生成离散值数组对应的头文件；3、实际使用时，使用分段比例微分方式对温漂进行实时补偿，将步骤2产生的头文件放到对应陀螺仪所使用的工程中，由于步骤2生成的文件温度值是离散的，直接使用不够精确，使用分段比例微分的方式对离散的数据进行平缓化：若当前获取的陀螺温度为tem，通过查头文件知道tem介于头文件的tem_a与tem_b之间，tem_b > tem_a，且tem_a与tem_b对应的温漂校正值分别为adjust_a和adjust_b，则tem温度对应的温漂校正值使用如下公式计算所得：adjust_a + （adjust_b - adjust_a）* ( (tem – tem_a) /（tem_b -tem_a）)，使用该温漂校正值进行温漂校正即可。

2.根据权利要求1所述的微机械陀螺的温漂校正方法，其特征在于：对角速度进行卡尔曼滤波以及长度为N的滑动滤波器计算当前温度对应的漂移值。

3.根据权利要求2所述的微机械陀螺的温漂校正方法，其特征在于：N的取值范围为10-20。

4.根据权利要求1所述的微机械陀螺的温漂校正方法，其特征在于：步骤1和步骤2通过温控箱和上位机完成，温控箱中放有含有待测陀螺仪的陀螺测试板，陀螺测试板与上位机通过串口连接通信，上位机包括串口通信设置界面，可配置与陀螺调试板之间通信的波特率以及协议；实时数据显示界面，可实时动态的观察陀螺输出的角速度值；不同温度对应的陀螺仪偏移值记录界面，用于暂存陀螺温度模型的离散值；数据表格生成按钮，生成温度与漂移值对应的二维数组；工作时，连接好温控箱与上位机之间的线缆，打开并配置好上位机，温控箱加电并设置温度变化模式、温度变化范围和温度变化间隔，使温控箱处于静止状态后开始标定，每个温度保持1分钟，此时上位机通过获取陀螺仪输出的数据计算当前温度对应的漂移值，直到计算完设定的整个温度范围；当上位机计算完整个温度范围的偏移值之后，会在其偏移值显示区域显示出整个温度范围的对应关系离散值，此时点击上位机的生成表格按钮，生成离散值数组对应的头文件。

5.根据权利要求4所述的微机械陀螺的温漂校正方法，其特征在于：温控箱的温度变化模式为升温模式，温度变化范围为10℃-60℃，温度变化间隔为0.5°C或0.1°C。

6.根据权利要求1所述的微机械陀螺的温漂校正方法，其特征在于：在嵌入式系统中使用分段比例微分方式对温漂进行实时补偿。