CN113848453A - 一种i/f电路线性度校准方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种I/F电路线性度校准方法及系统。I/F电路线性度校准方法包括：(A)恒流源输出第i个电流值作为被测I/F电路的第i个输入值，根据I/F电路的第i个输出值求得第i个脉冲测量值，脉冲测量值为被测I/F电路每秒输出的脉冲个数；(B)恒流源输出的第i个电流值A _i 由电流测量单元采集，得到电流测量单元的测量结果为第i个电流校准值，电流测量单元的测量精度高于恒流源的输出电流精度；(C)将电流校准值作为x坐标，将脉冲测量值作为y坐标，对N个电流校准值、N个脉冲测量值进行线性拟合，得到拟合直线的斜率和截距，求得第i个脉冲校准值；(D)根据N值、N个脉冲测量值以及N个脉冲校准值计算被测I/F电路的校准后非线性度误差。

Description

一种I/F电路线性度校准方法及系统

技术领域

本发明涉及一种I/F电路线性度校准方法及系统，属于惯性导航系统中加速度计的I/F电路测试领域。

背景技术

加速度计中I/F电路线性度是影响惯性导航产品动态性能的重要因素之一。目前对于惯性导航产品I/F电路线性度测试，大多基于多功能校准仪或源设备(即恒流源)提供恒定电流进行测试。

目前全球生产多功校准仪或源(电流)设备的单位非常少，且相关设备中没有线性度指标要求，只有个别型号高精度多功能校准仪能够达到高精度I/F电路的线性度指标要求，但这种设备为进口设备，价格较高。

当恒流源为加速度计中I/F电路提供输入电流，从而用于I/F电路线性度测试时，要求恒流源在一定电流范围内输出多个设定的电流值。对于恒流源输出的不同设定电流值的电流点，根据恒流源的指标无法得到实际准确的电流值大于还是小于恒流源输出电流的显示值。因此，恒流源的输出电流的线性度问题会大大影响I/F电路线性度的测试结果的准确性。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有技术中恒流源的输出电流线性度问题对I/F电路线性度测试结果造成影响的问题，提供一种I/F电路线性度校准方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种I/F电路线性度校准方法，其特征在于，所述I/F电路线性度校准方法包括如下步骤：

步骤(A)：恒流源输出第i个电流值A_i作为被测I/F电路的第i个输入值，i＝1,2,……,N，N≥6，A₁、A₂、……、A_N为不同的电流值，根据I/F电路的第i个输出值求得第i个脉冲测量值F_i，所述脉冲测量值为被测I/F电路每秒输出的脉冲个数；

步骤(B)：电流测量单元采集恒流源输出的所述第i个电流值A_i，得到电流测量单元的测量结果为第i个电流校准值A′_i，所述电流测量单元的测量精度高于恒流源的输出电流精度；

步骤(C)：将电流校准值作为x坐标，将脉冲测量值作为y坐标，对N个电流校准值A₁'、A'₂、……、A′_N、N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N进行线性拟合，得到拟合直线的斜率k和截距b，求得第i个脉冲校准值F_i'为F_i'＝kA′_i+b；

步骤(D)：根据N值、N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N以及N个脉冲校准值F′₁、F′₂、……、F′_N计算被测I/F电路的校准后非线性度误差；

所述步骤(A)和步骤(B)的次序可调换。

本发明中，利用电流测量单元对I/F电路线性度测试中恒流源输出的每个电流值A_i进行测量，得到测量精度更高的恒流源的输出电流值，将其作为电流校准值A′_i。利用电流校准值和脉冲测量值进行线性拟合，从而得到拟合直线，进而得到电流校准值在拟合直线上对应的脉冲测量值(即脉冲校准值)。利用N值、脉冲测量值、脉冲校准值即可计算被测I/F电路的校准后非线性度误差。由于本发明利用测量精度更高的电流测量单元进行测量，从而在I/F电路线性度测试中考虑了恒流源本身的线性度误差，从而降低了恒流源本身的线性度误差对I/F电路线性度测试造成的影响，使得I/F电路线性度测试结果更为准确。

上述技术方案中，所述步骤(D)中，计算被测I/F电路的校准后非线性度误差的步骤为：将电流校准值作为x坐标，将脉冲测量值作为y坐标，对N个电流校准值A′₁、A′₂、……、A'_N以及N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N进行线性拟合，得到拟合直线的斜率k和截距b，求得第i个脉冲校准值F_i'为F_i'＝kA′_i+b，利用下式计算I/F电路的校准后非线性度误差K_D：

上述技术方案中，所述步骤(A)中，所述脉冲测量值根据I/F电路在L秒输出的脉冲个数求平均值得到，L≥5。

本发明中，通过将L秒输出的脉冲个数求平均，可以进一步减小I/F电路的输出误差。

上述技术方案中，所述步骤(B)替换为如下步骤(B1)：

步骤(B1)：判断上一次执行I/F电路线性度校准方法时所用恒流源与本次执行I/F电路线性度校准方法所用恒流源是否相同，且判断上一次执行I/F电路线性度校准方法时是否得到与所述第i个电流值A_i对应的第i个电流校准值A′_i，且判断上一次执行I/F电路线性度校准方法与本次执行I/F电路线性度校准方法的时间间隔是否不大于预设时间间隔，若判断结果均为是，则采用上一次执行I/F电路线性度校准方法时得到的电流校准值A′_i作为本次执行I/F电路线性度校准方法中的电流校准值A′_i，否则，电流测量单元采集恒流源输出的所述第i个电流值A_i，得到电流测量单元的测量结果为第i个电流校准值A′_i，所述电流测量单元的测量精度高于恒流源的输出电流精度。

申请人在研究时发现，对于同一个恒流源，输出同一个值的输出准确度在一定时间内是可以保证的，而且可以根据该恒流源的参数、恒流源使用的频率可以估计输出准确度可以持续的时间，即上述技术方案中的“预设时间间隔”。在生产中，有可能要对大量I/F电路的线性度进行测试，如果采用同一个恒流源时，如果每次都要利用电流测量单元重新采集恒流源的相同的输出，则会影响生产效率。因此，本申请中，若上述3个判断条件同时满足(即采用同一个恒流源、测量的是该恒流源输出的同一个电流值、两次校准方法执行的时间间隔不大于预设时间间隔”)，则无需利用电流测量单元测量恒流源输出的该点的电流，直接利用上次校准中得到的电流校准值即可。对于同一批加速度计的I/F电路，线性度测试中所采用的电流点是相同的(即恒流源输出电流点的个数、输出每个电流点的设定值)，因此，可以在一定时间内无需重复利用电流测量单元测量，从而大大节省时间、提高生产效率。若两次校准方法之间的时间间隔超出预设时间间隔，则可利用电流测量单元进行测量，得到更新的电流校准值，从而可以用于后续的校准。

上述技术方案中，所述电流测量单元为八位半数字万用表。

通过采用八位半数字万用表，可以得到准确度较高的测量值。

本发明还提供一种I/F电路线性度校准系统，包括：

恒流源，用于输出第i个电流值A_i，i＝1,2,……,N，N≥6，A₁、A₂、……、A_N为不同的电流值；

被测I/F电路，用于将所述第i个电流值A_i作为第i个输入值且输出第i个输出值；

脉冲信号采集模块，用于采集被测I/F电路的第i个输出值，根据第i个输出值求得第i个脉冲测量值F_i，所述脉冲测量值为被测I/F电路每秒输出的脉冲个数；

电流测量单元，用于采集恒流源输出的所述第i个电流值A_i，得到测量结果为第i个电流校准值A′_i，所述电流测量单元的测量精度高于恒流源的输出电流精度；

计算机设备，用于根据N值、N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N以及N个脉冲校准值F′₁、F′₂、……、F′_N计算被测I/F电路的校准后非线性度误差。

进一步地，所述计算机设备用于：

将电流校准值作为x坐标，将脉冲测量值作为y坐标，对N个电流校准值A′₁、A₂、……、A′_N以及N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N进行线性拟合，得到拟合直线的斜率k和截距b，求得第i个脉冲校准值F_i'为F_i'＝kA′_i+b，利用下式计算I/F电路的校准后非线性度误差K_D：

进一步地，所述电流测量单元为八位半数字万用表。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过确定恒流源输出电流与I/F电路输出之间的关系，进而对恒流源输出电流与I/F电路的输出脉冲的拟合直线进行校准，从而减小I/F电路线性度测试误差，提高了测试精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的I/F电路线性度校准方法流程图；

图2为本发明实施例1的I/F电路线性度校准系统的结构示意图；

图3为现有技术中I/F电路线性度测试方法与本发明的I/F电路线性度校准方法测试结果的对比。

上述附图中，1、被测I/F电路，2、恒流源，3、脉冲信号采集模块，4、计算机设备，5、电流测量单元。

具体实施方式

下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种I/F电路线性度校准方法，所述I/F电路线性度校准方法包括如下步骤：

步骤(A)：恒流源2输出第i个电流值A_i作为被测I/F电路1的第i个输入值，i＝1,2,……,N，N≥6，A₁、A₂、……、A_N为不同的电流值，根据I/F电路1的第i个输出值求得第i个脉冲测量值F_i，所述脉冲测量值为被测I/F电路1每秒输出的脉冲个数。

在一种优选实施方式中，所述脉冲测量值可根据I/F电路在L秒输出的脉冲个数求平均值得到，L≥5。本实施例中L可为30。即采集电流点A_i对应的I/F电路输出的30秒脉冲个数，再除以30，即为每秒的脉冲个数，即为采集电流点A_i对应的脉冲测量值(也即为频率值)。

本发明中，A₁、A₂、……、A_N指的是恒流源2设定输出的值，即恒流源2显示的电流值。例如设定A₁为0.25mA，即恒流源输出时显示的值为0.25mA。A₁、A₂、……、A_N预设电流范围内间隔取的电流值。本实施例中，预设电流范围为0.25mA～6mA，N＝8，A₁、A₂、……、A_N分别为0.25mA、0.5mA、1mA、2mA、3mA、4mA、5mA、6mA。

步骤(B)：恒流源2输出的所述第i个电流值A_i由电流测量单元5采集，得到电流测量单元5的测量结果为第i个电流校准值A′_i，所述电流测量单元5的测量精度高于恒流源2的输出电流精度。

所述电流测量单元5可为八位半数字万用表。

本发明中，由于恒流源2的精度受限，因此设置恒流源2输出某个电流值(例如0.25mA)时，虽然恒流源2显示的是输出为0.25mA的电流，但实际可能是0.2500072mA。本步骤中，考虑到恒流源设置输出的电流值存在误差，因此采用更高精度的电流测量单元5测量得到实际的电流值(即电流校准值A′_i)。

步骤(B)的作用是测量恒流源2的各个输出电流值，保证用于拟合的电流值准确。

步骤(C)：将电流校准值作为x坐标，将脉冲测量值作为y坐标，对N个电流校准值A′₁、A′₂、……、A′_N、N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N进行线性拟合，得到拟合直线的斜率k和截距b，求得第i个脉冲校准值F_i'为F_i'＝kA′_i+b。

步骤(D)：根据N值、N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N以及N个脉冲校准值F₁'、F₂'、……、F′_N计算被测I/F电路的校准后非线性度误差。

所述步骤(D)中，计算被测I/F电路的校准后非线性度误差的步骤可为：

将电流校准值作为x坐标，将脉冲测量值作为y坐标，对N个电流校准值A′₁、A′₂、……、A′_N以及N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N进行线性拟合，得到拟合直线的斜率k和截距b，求得第i个脉冲校准值F_i'为F_i'＝kA′_i+b，利用下式计算I/F电路的校准后非线性度误差K_D：

本发明中，所述步骤(A)和步骤(B)的次序可调换。

本发明中，恒流源也可称为多功能校准仪。

如图2所示，本发明还提供一种I/F电路线性度校准系统，包括：

恒流源2，用于输出第i个电流值A_i，i＝1,2,……,N，N≥6，A₁、A₂、……、A_N为不同的电流值；

被测I/F电路1，用于将所述第i个电流值A_i作为第i个输入值且输出第i个输出值；

脉冲信号采集模块3，用于采集被测I/F电路1的第i个输出值，根据第i个输出值求得第i个脉冲测量值F_i，所述脉冲测量值为被测I/F电路1每秒输出的脉冲个数；

电流测量单元5，用于采集恒流源2输出的所述第i个电流值A_i，得到测量结果为第i个电流校准值A′_i，所述电流测量单元5的测量精度高于恒流源2的输出电流精度；

计算机设备4，用于根据N值、N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N以及N个脉冲校准值F₁'、F₂'、……、F′_N计算被测I/F电路的校准后非线性度误差。

所述计算机设备4用于：

将电流校准值作为x坐标，将脉冲测量值作为y坐标，对N个电流校准值A′₁、A′₂、……、A′_N以及N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N进行线性拟合，得到拟合直线的斜率k和截距b，求得第i个脉冲校准值F_i'为F_i'＝kA′_i+b，利用下式计算I/F电路的校准后非线性度误差K_D：

以下进行试验验证：以Ax+表示测量x轴正方向的加速度计的I/F电路的测量结果，以Ax-表示测量x轴负方向的加速度计的I/F电路的测量结果，以Ay+表示测量y轴正方向的加速度计的I/F电路的测量结果，以Ay-表示测量y轴负方向的加速度计的I/F电路的测量结果。对某型号激光捷联惯组加速度计的I/F电路进行测试，各个加速度计的I/F电路为性能近似的I/F电路，各个I/F电路所采用的恒流源的输出精度也相同。表1为采用现有技术中的I/F电路线性度测量方法得到的测量数据。表2为采用本发明的I/F电路线性度校准方法得到的测量数据。表3为I/F电路一次通电稳定性的线性度对比，即对比采用现有技术中的I/F电路线性度测量方法、采用本发明的I/F电路线性度校准方法得到的线性度计算结果的对比(即表1与表2的测量结果的对比)。

表1 采用现有技术中的I/F电路线性度测量方法得到的测量数据

表2 采用本发明的I/F电路线性度校准方法得到的测量数据

表3 I/F电路一次通电稳定性的线性度对比

根据表3、图3可以明显得到，根据现有技术的测试方法，各个I/F电路的线性度测试结果差别很大，尤其Ax+方向和Ay+方向的非线性度误差甚至相差了一个数量级。而根据本发明的I/F电路线性度校准方法，I/F电路线性度测试结果明显减小，减小60％以上，测试精度大大提高，且各个I/F电路的线性度测试结果之间的差别明显减小，测试结果更合理。

本发明建立I/F电路线性度测试结果随恒流源准确输出值线性度变化的模型，无需增加硬件成本，通过软件的形式实现I/F电路线性度测试结果的补偿，通过建立恒流源的准确输出电流值与I/F电路输出之间的关系，得到相应的拟合系数，进而对I/F电路的输出数据进行在线补偿，以提高I/F电路线性度测试精度，减小恒流源自身线性度对I/F电路线性度的影响。不仅可以在使用低精度恒流源的前提下达到较高I/F电路线性度精度的指标，同时可以大大降低测试的成本，从而满足惯性导航产品动态性能的高要求。

实施例2

本实施例2与实施例1的区别在于：所述步骤(B)替换为如下步骤(B1)：

步骤(B1)：判断上一次执行I/F电路线性度校准方法时所用恒流源2与本次执行I/F电路线性度校准方法所用恒流源2是否相同，且判断上一次执行I/F电路线性度校准方法时是否得到与所述第i个电流值A_i对应的第i个电流校准值A′_i，且判断上一次执行I/F电路线性度校准方法与本次执行I/F电路线性度校准方法的时间间隔是否不大于预设时间间隔，若判断结果均为是，则采用上一次执行I/F电路线性度校准方法时得到的电流校准值A′_i作为本次执行I/F电路线性度校准方法中的电流校准值A′_i，否则，电流测量单元5采集恒流源2输出的所述第i个电流值A_i，得到电流测量单元5的测量结果为第i个电流校准值A′_i，所述电流测量单元5的测量精度高于恒流源2的输出电流精度。预设时间间隔可不小于3个月，且不大于半年。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (8)

1.一种I/F电路线性度校准方法，其特征在于，所述I/F电路线性度校准方法包括如下步骤：步骤(A)：恒流源(2)输出第i个电流值A_i作为被测I/F电路(1)的第i个输入值，i＝1,2,……,N，N≥6，A₁、A₂、……、A_N为不同的电流值，根据I/F电路(1)的第i个输出值求得第i个脉冲测量值F_i，所述脉冲测量值为被测I/F电路(1)每秒输出的脉冲个数；步骤(B)：电流测量单元(5)采集恒流源(2)输出的所述第i个电流值A_i，得到电流测量单元(5)的测量结果为第i个电流校准值A′_i，所述电流测量单元(5)的测量精度高于恒流源(2)的输出电流精度；

步骤(C)：将电流校准值作为x坐标，将脉冲测量值作为y坐标，对N个电流校准值A′₁、A′₂、……、A′_N、N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N进行线性拟合，得到拟合直线的斜率k和截距b，求得第i个脉冲校准值F_i′为F_i′＝kA′_i+b；

步骤(D)：根据N值、N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N以及N个脉冲校准值F₁′、F′₂、……、F′_N计算被测I/F电路的校准后非线性度误差；

所述步骤(A)和步骤(B)的次序可调换。

2.根据权利要求1所述的I/F电路线性度校准方法，其特征在于，所述步骤(D)中，计算被测I/F电路的校准后非线性度误差的步骤为：

将电流校准值作为x坐标，将脉冲测量值作为y坐标，对N个电流校准值A′₁、A′₂、……、A′_N以及N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N进行线性拟合，得到拟合直线的斜率k和截距b，求得第i个脉冲校准值F_i′为F_i′＝kA′_i+b，利用下式计算I/F电路的校准后非线性度误差K_D：

3.根据权利要求1所述的I/F电路线性度校准方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述脉冲测量值根据I/F电路在L秒输出的脉冲个数求平均值得到，L≥5。

4.根据权利要求1所述的I/F电路线性度校准方法，其特征在于，所述步骤(B)替换为如下步骤(B1)：

步骤(B1)：判断上一次执行I/F电路线性度校准方法时所用恒流源(2)与本次执行I/F电路线性度校准方法所用恒流源(2)是否相同，且判断上一次执行I/F电路线性度校准方法时是否得到与所述第i个电流值A_i对应的第i个电流校准值A′_i，且判断上一次执行I/F电路线性度校准方法与本次执行I/F电路线性度校准方法的时间间隔是否不大于预设时间间隔，若判断结果均为是，则采用上一次执行I/F电路线性度校准方法时得到的电流校准值A′_i作为本次执行I/F电路线性度校准方法中的电流校准值A′_i，否则，电流测量单元(5)采集恒流源(2)输出的所述第i个电流值A_i，得到电流测量单元(5)的测量结果为第i个电流校准值A′_i，所述电流测量单元(5)的测量精度高于恒流源(2)的输出电流精度。

5.根据权利要求1所述的I/F电路线性度校准方法，其特征在于，所述电流测量单元(5)为八位半数字万用表。

6.一种I/F电路线性度校准系统，其特征在于，包括：

恒流源(2)，用于输出第i个电流值A_i，i＝1,2,……,N，N≥6，A₁、A₂、……、A_N为不同的电流值；

被测I/F电路(1)，用于将所述第i个电流值A_i作为第i个输入值且输出第i个输出值；

脉冲信号采集模块(3)，用于采集被测I/F电路(1)的第i个输出值，根据第i个输出值求得第i个脉冲测量值F_i，所述脉冲测量值为被测I/F电路(1)每秒输出的脉冲个数；

电流测量单元(5)，用于采集恒流源(2)输出的所述第i个电流值A_i，得到测量结果为第i个电流校准值A′_i，所述电流测量单元(5)的测量精度高于恒流源(2)的输出电流精度；

计算机设备(4)，用于根据N值、N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N以及N个脉冲校准值F₁′、F′₂、……、F′_N计算被测I/F电路的校准后非线性度误差。

7.根据权利要求6所述的I/F电路线性度校准系统，其特征在于，所述计算机设备(4)用于：将电流校准值作为x坐标，将脉冲测量值作为y坐标，对N个电流校准值A′₁、A′₂、……、A′_N以及N个脉冲测量值F₁、F₂、……、F_N进行线性拟合，得到拟合直线的斜率k和截距b，求得第i个脉冲校准值F_i′为F_i′＝kA′_i+b，利用下式计算I/F电路的校准后非线性度误差K_D：

8.根据权利要求6所述的I/F电路线性度校准系统，其特征在于，所述电流测量单元(5)为八位半数字万用表。

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