一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统技术方案

一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统，涉及一种微机械惯性测量领域；包括温控保温模块、信号采集处理通讯模块和温控模块；直接以微机械惯性测量传感器为温度控制对象，模数转换电路将微机械惯性测量传感器加速度计、陀螺信号和温度信号转换为数字量；信号采集处理通讯电路通过微控制器进行温度补偿的同时将温度信息发送给温控电路；温控电路采集被控对象温度并采集系统多路控制补偿物理量，经算法解算通过PWM控制功率驱动加热片对保温腔进行加热；本发明专利技术的温度控制系统显著提高了微机械惯性测量组合的精度，具有低成本，控制精度高，环境适应性强的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统
本专利技术涉及一种微机械惯性测量领域，特别是一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统。
技术介绍
随着惯性技术的不断发展，对惯性测量组合精度要求越来越高，减小惯性系统各项误差的系统也得到研究和应用。微机械(MEMS)惯性测量器件以其长寿命、低成本、小体积、高可靠性、准备时间短和低功耗等优点在惯性测量组合中得到了大量的应用。但是微机械惯性传感器相对于机械式、光纤等惯性测量传感器精度较低且环境温度变化对微机械惯性传感器精度影响较大，为降低温度对微机械惯性传感器精度的影响，设计了一种温度控制系统，在组合整体方案上可对微机械惯性传感器使用同一个温度量进行温度控制和温度补偿，且保证了微机械惯性信号采集处理电路与温控电路的隔离，可有效的提高低成本微机械惯性测量组合的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统，使微机械惯性测量组合温度控制和温度补偿相结合，提高微机械惯性测量组合精度的温度控制系统。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，包括温控保温模块、信号采集处理通讯模块和温控模块；其中，温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩和底座；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；温控保温模块：在加热罩的加热作用下，生成加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；生成加热罩温度信号，并将加热罩温度信号传输至温控模块；信号采集处理通讯模块：接收温控保温模块传来的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，对加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号进行采集，将采集的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至温控模块；将采集的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号输出至外部惯性测量组合模块；温控模块：接收信号采集处理通讯模块传来的采集到的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号；采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号；接收温控保温模块传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，再将将加热罩温度电信号转换成加热罩温度数字信号；接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0-5v，再将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号；将加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数字信号进行补偿校准，生成补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号；自主选择补偿后的加速度计温度物理量信号或补偿后的陀螺温度物理量信号作为被控对象；计算系统设定温度与被控对象温度的差值ess，根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量；根据接收的环境温度物理量信号和加热罩温度物理量信号，对计算得到的驱动电流量进行控制补偿，得控制补偿后的驱动电流量IPID；根据接收的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量IPID，计算输出驱动顶部加热片的X-PWM值PWM1reg，生成驱动顶部加热片的X-PWM信号，对X-PWM信号进行功率放大后驱动顶部加热片对加热罩进行加热；计算输出驱动侧边加热片的Y-PWM值PWM2reg，并生成驱动侧边加热片的Y-PWM信号，对Y-PWM信号进行功率放大后驱动侧边加热片对加热罩进行加热；同时，将选择的被控对象温度、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号、衰减后的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量通过串口输出至外部串口数据采集设备。在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，所述的温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩、底座、微机械加速度计传感器、微机械陀螺传感器和模数转换电路；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；微机械加速度计传感器、微机械陀螺传感器和模数转换电路固定安装在加热罩和底座组成的空腔内。在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，在加热罩的加热作用下，微机械加速度计传感器：输出加速度模拟信号和加速度计温度模拟信号至模数转换电路；模数转换电路接收微机械加速度计传感器输出的加速度模拟信号和加速度计温度模拟信号，对加速度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成加速度数字信号；对加速度计温度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成加速度计温度数字信号；并将加速度计数字信号、加速度计温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；微机械陀螺传感器：输出角速度模拟信号和陀螺温度模拟信号至模数转换电路；模数转换电路接收微机械陀螺传感器输出的角速度模拟信号和陀螺温度模拟信号，对角速度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成角速度数字信号；对陀螺温度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成陀螺温度数字信号；并将角速度数字信号、陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；加热罩：将加热罩温度信号传输至温控模块。在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，所述温控模块包括通讯模块、信号处理模块、数据采集模块、解算补偿模块、控制模块、X功率驱动模块和Y功率驱动模块；通讯模块：接收信号采集处理通讯模块传来的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至数据采集模块；信号处理模块：接收加热罩传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，并将加热罩温度电信号传输至数据采集模块；接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0-5v，并将衰减后的供电电压信号传输至数据采集模块；数据采集模块：接收通讯模块传来的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号，并将接收的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号输出至解算补偿模块；接收信号处理模块传来的衰减后的供电电压信号，将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号，并将衰减后的供电电压数字信号传输至解算补偿模块；采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号，并将环境温度数字信号传输至解算补偿模块；解算补偿模块：接收数据采集模块传来的加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号；将接收的加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：包括温控保温模块、信号采集处理通讯模块和温控模块；其中，温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩和底座；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；温控保温模块：在加热罩的加热作用下，生成加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；生成加热罩温度信号，并将加热罩温度信号传输至温控模块；信号采集处理通讯模块：接收温控保温模块传来的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，对加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号进行采集，将采集的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至温控模块；将采集的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号输出至外部惯性测量组合模块；温控模块：接收信号采集处理通讯模块传来的采集到的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号；采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号；接收温控保温模块传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，再将将加热罩温度电信号转换成加热罩温度数字信号；接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0‑5v，再将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号；将加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数字信号进行补偿校准，生成补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号；自主选择补偿后的加速度计温度物理量信号或补偿后的陀螺温度物理量信号作为被控对象；计算系统设定温度与被控对象温度的差值e...

【技术特征摘要】
1.一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：包括温控保温模块、信号采集处理通讯模块和温控模块；其中，温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩和底座；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；温控保温模块：在加热罩的加热作用下，生成加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；生成加热罩温度信号，并将加热罩温度信号传输至温控模块；信号采集处理通讯模块：接收温控保温模块传来的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，对加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号进行采集，将采集的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至温控模块；将采集的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号输出至外部惯性测量组合模块；温控模块：接收信号采集处理通讯模块传来的采集到的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号；采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号；接收温控保温模块传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，再将将加热罩温度电信号转换成加热罩温度数字信号；接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0-5v，再将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号；将加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数字信号进行补偿校准，生成补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号；自主选择补偿后的加速度计温度物理量信号或补偿后的陀螺温度物理量信号作为被控对象；计算系统设定温度与被控对象温度的差值ess，根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量；根据接收的环境温度物理量信号和加热罩温度物理量信号，对计算得到的驱动电流量进行控制补偿，得控制补偿后的驱动电流量IPID；根据接收的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量IPID，计算输出驱动顶部加热片的X-PWM值PWM1reg，生成驱动顶部加热片的X-PWM信号，对X-PWM信号进行功率放大后驱动顶部加热片对加热罩进行加热；计算输出驱动侧边加热片的Y-PWM值PWM2reg，并生成驱动侧边加热片的Y-PWM信号，对Y-PWM信号进行功率放大后驱动侧边加热片对加热罩进行加热；同时，将选择的被控对象温度、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号、衰减后的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量通过串口输出至外部串口数据采集设备。2.根据权利要求1所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：所述的温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩、底座、微机械加速度计传感器、微机械陀螺传感器和模数转换电路；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；微机械加速度计传感器、微机械陀螺传感器和模数转换电路固定安装在加热罩和底座组成的空腔内。3.根据权利要求2所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：在加热罩的加热作用下，微机械加速度计传感器：输出加速度模拟信号和加速度计温度模拟信号至模数转换电路；模数转换电路接收微机械加速度计传感器输出的加速度模拟信号和加速度计温度模拟信号，对加速度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成加速度数字信号；对加速度计温度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成加速度计温度数字信号；并将加速度计数字信号、加速度计温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；微机械陀螺传感器：输出角速度模拟信号和陀螺温度模拟信号至模数转换电路；模数转换电路接收微机械陀螺传感器输出的角速度模拟信号和陀螺温度模拟信号，对角速度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成角速度数字信号；对陀螺温度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成陀螺温度数字信号；并将角速度数字信号、陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；加热罩：将加热罩温度信号传输至温控模块。4.根据权利要求1所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：所述温控模块包括通讯模块、信号处理模块、数据采集模块、解算补偿模块、控制模块、X功率驱动模块和Y功率驱动模块；通讯模块：接收信号采集处理通讯模块传来的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至数据采集模块；信号处理模块：接收加热罩传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，并将加热罩温度电信号传输至数据采集模块；接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0-5v，并将衰减后的供电电压信号传输至数据采集模块；数据采集模块：接收通讯模块传来的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号，并将接收的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号输出至解算补偿模块；接收信号处理模块传来的衰减后的供电电压信号，将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号，并将衰减后的供电电压数字信号传输至解算补偿模块；采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号，并将环境温度数字信号传输至解算补偿模块；解算补偿模块：接收数据采集模块传来的加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号；将接收的加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数字信号进行补偿校准，生成补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号，并将补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号传输至控制模块；控制模块：接收解算补偿模块传来的补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号Env_Temp、加热罩温度物理量信号Zhao_Temp和供电电压物理量信号VDC；自主选择补偿后的加速度计温度物理量信号或补偿后的陀螺温度物理量信号作为被控对象；计算系统设定温度与被控对象温度的差值ess，根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量；根据接收的环境温度物理量信号和加热罩温度物理量信号，对计算得到的驱动电流量进行控制补偿，得控制补偿后的驱动电流量IPID；根据接收的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量IPID，计算输出驱动顶部加热片的X-PWM值PWM1reg，并生成驱动顶部加热片的X-PWM信号，将驱动顶部加热片的X-PWM信号输出至X功率驱动模块，计算输出驱动侧边加热片的Y-PWM值PWM2reg，并生成驱动侧边加热片的Y-PWM信号，将驱动侧边加热片的Y-PWM信号输出至Y功率驱动模块；同时，控制模块将选择的被控对象温度、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号、衰减后的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量通过串口输出至外部串口数据采集设备；X功率驱动模块：接收控制模块传来的驱动顶部加热片的X...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢立华，陈团，李世臻，陈国强，白滢，袁倩，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11