一种对MEMS传感器进行温度补偿的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种对MEMS传感器进行温度补偿的方法及装置，所述方法包括如下步骤：在MEMS传感器处于静止状态下，采集不同温度下传感器的多组数据，每组数据包括一个传感器输出数值和一个其对应的该时刻的传感器温度值；采集后先计算初始温度补偿系数，后续采用增量法继续进行温度补偿系数的计算；并根据当前的温度补偿系数计算传感器的静态输出补偿量数据和补偿后的传感器输出数值。由于采用了软件方式利用计算机程序进行补偿，不添加额外的硬件成本以及额外的物理空间；利用增量式计算方法，温度补偿系数可以快速计算获得，降低了等待时间；增量式计算方法降低了CPU负担，减少了内存占用。

【技术实现步骤摘要】
一种对MEMS传感器进行温度补偿的方法及装置
本专利技术涉及一种对MEMS传感器进行温度补偿的方法及装置，尤其适于低成本的MEMS传感器，比如无人机等运动载体上用的陀螺仪数值、加速度计等。
技术介绍
现有的低成本的MEMS传感器因为工艺和设计的原因，其输出的数值会因为外在环境温度的变化而改变，而且每次上电之后数据的一致性也无法保证。在低成本MEMS传感器的应用中，对传感器主动进行温度补偿的方案很少，有些公司对传感器所在的部分单独做成了一个模组，并对其进行了恒温处理。而现在行业中更大部分的应用只是局限在对传感器部分进行散热，或者使用加热电阻实现某一温度区域内的恒温。现有技术中使用保温盒对MEMS传感器进行保温无疑会加大硬件成本的投入，并且会占据一定的物理空间，这对于设备的小型化和低成本化是一个障碍。而对传感器进行被动散热则不能满足在全天候的条件下使用，尤其是在夏季高温环境中。
技术实现思路
本专利技术的目的是在不增加硬件成本和物理空间的情况下对MEMS传感器进行温度补偿并满足全天候的使用。为此，本专利技术提出一种对MEMS传感器进行温度补偿的方法，包括如下步骤：S1、在MEMS传感器处于静止状态下，采集不同温度下传感器的多组数据，每组数据包括一个传感器输出数值和一个其对应的该时刻的传感器温度值；S2、根据采集的数据计算初始温度补偿系数；根得到初始温度补偿系数后，后续采用增量法继续进行温度补偿系数的计算，每次采集一组数据后，在前次计算的基础上对温度补偿系数进行增量更新；S3、在得到初始温度补偿系数或增量更新后的温度补偿系数后，根据当前的温度补偿系数计算传感器的静态输出补偿量数据和补偿后的传感器输出数值。在一些实施例中，采用拟合法计算初始温度补偿系数在一些实施例中，在采用拟合法时，通过使误差最小的算法求得拟合系数。在一些实施例中，使最小是通过求解多元函数的极值问题来解决的。在一些实施例中，求解多元函数的极值问题时，通过求导数将公式变成多元一次方程，通过矩阵法求解。在一些实施例中，采用拟合法计算初始温度补偿系数时，用最小二乘算法将传感器的静态偏置输出数据拟合成温度的二次曲线并保证误差最小；其中，温度补偿系数有三个，初始温度补偿系数的计算是通过计算最低三组数据从而求得二次曲线的三个系数。在一些实施例中，进行增量计算时，本次矩阵就可以通过上一次的矩阵同当前数据的加法运算获得。在一些实施例中，在增量更新时，引入下述中间变量：其中t为当前采集到的温度数据，y为传感器的数据。在一些实施例中，确认所述静止状态的方法包括如下步骤：采用滑动窗口数据方差作为判断，如果当前传感器的输出数据数据方差小于某一特定值，则认为其处于静止状态。在一些实施例中，所述滑动窗口的采样窗口的数据个数n取值为2的倍数。本专利技术还提出一种MEMS传感器数据处理方法，采用上述的方法进行温度补偿。本专利技术还提出一种运动载体的姿态解算方法，其特征在于，采用上述的方法进行温度补偿，计算出此时真实的陀螺仪数值和加速度计的数值，然后再进行姿态解算。本专利技术还提出一种嵌入式设备，包括CPU和存储器，CPU通过接口连接MEMS传感器并采集MEMS传感器的数据，存储器中存储有计算机程序，所述CPU可执行该计算机程序用于实现上述的方法。本专利技术还提出一种对MEMS传感器进行温度补偿的装置，包括CPU和存储器，CPU通过接口连接MEMS传感器并采集传感器的数据，存储器中存储有计算机程序，所述CPU可执行该计算机程序用于实现上述的方法。本专利技术还提出一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序可被执行用于实现上述的温度补偿方法或数据处理方法或姿态解算方法。本专利技术包括如下有益效果：(1)由于采用了软件方式利用计算机程序进行补偿，不添加额外的硬件成本以及额外的物理空间。(2)利用增量式计算方法，温度补偿系数可以快速计算获得，降低了等待时间。(3)增量式计算方法降低了CPU负担，减少了内存占用。(4)采用本专利技术进行温度补偿后，传感器输出的数值经补偿后不再会因为外在环境温度的变化而改变，而且每次上电之后数据的一致性也得以保证。而现有方法需要设计较为复杂的采样电路，需要额外的器件，这对于成本敏感型的产品来说是不可取的。而且当前方法不需要任何外部装置或者辅助装置，方便简单。在本专利技术的一些实施例中，数据方差判断的引入降低了偶然误差的影响，并消除了由于传感器运动所造成的补偿不准确，提高了算法的准确度。附图说明图1是本专利技术实施例增量式快速温度补偿算法流程示意图。图2是本专利技术实施例算法优化及完善流程示意图。图3-1是本专利技术实施例原始数据及拟合曲线示意图。图3-2是本专利技术实施例温度补偿后曲线示意图。具体实施方式本专利技术的下述实施例采用快速温度补偿算法对MEMS传感器进行温度补偿。此算法的计算机程序的运行是在MEMS传感器进行温度补偿的装置(通常为嵌入式设备)的cpu里面实现的，cpu通过IIC或者SPI接口连接MEMS传感器并采集传感器的数据。在一些变通实施例中，也可能把此算法的计算机程序存储于MEMS传感器上的存储器中并在MEMS传感器上的控制器中运行，但MEMS传感器是个特定的ASIC芯片，只能处理简单的数据处理功能，因此大部分的传感器生产厂家并不会把程序直接安装在传感器里面，除非是做高附加值的传感器解决方案。在另一些变通实施例中，也可能把此算法的计算机程序在上位机运行(此种情况下嵌入式设备只负责采集数据而并不处理，只是把数据传送给上位机进行处理)，但在上位机运行需要通过sd卡等离线数据传输方式或者使用无线wifi等在线数据传输方式将数据传输到上位机，经过运算后再将计算之后的系数传输回cpu，但这样必然会导致设备的依赖性变高，在不同的应用场合(野外等)变得复杂。实施例一本实施例的方法的流程如图1所示。在描述该流程之前，下面先对该方法的理论基础进行介绍。(1)快速温度补偿算法具体实现方法。假设当前传感器处于静止状态，那么理想的输出应该为理想初始值(本实施例以陀螺仪数值、加速度计等为例，则理想初始值为0)，但因为受到环境温度变化的影响，其输出并不是理想初始值(比如，静止的陀螺仪和加速度计却不输出0值)，而是输出一个和温度成一定的关系的有偏差的值。这个偏差是一个静态偏差，对此偏差进行补偿就是本实施例的主要任务。经过大量实验我们发现，传感器的静态偏置输出数据可以拟合成温度的二次曲线并可以保证误差最小，因此快速温度补偿算法采用最小二乘算法来拟合二次曲线。根据我们的多次试验，使用二次曲线就可以比不使用任何补偿算法有了质的提升，而且二次曲线相对于高次曲线，所占用的计算资源也要少；相反，高次曲线方案在我们试验中，随着次数的增加，数据拟合的边际提升变得越来越小，使用的资源却越来越高，因此二次曲线拟合是一种相对来说性价比较高的方法。这里所说的偏置指的是传感器的输出数据同真实数据之间的差值。因此在本实施例中我们将传感器的静态偏置输出数据拟合成温度的二次曲线。为此，我们假设当前传感器的静态输出补偿量和温度满足以下关系y＝a0+a1t+a2t2(1-1)其中y代表传感器的静态输出补偿量数据，t代表当前温度，其可以经过传感器内部的温度传感器读出，a0、a1、a2代表需要拟合的系数。拟合出系数a0、a1、a2之后，即可根据当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对MEMS传感器进行温度补偿的方法，其特征在于包括如下步骤：S1、在MEMS传感器处于静止状态下，采集不同温度下传感器的多组数据，每组数据包括一个传感器输出数值yi和一个其对应的该时刻的传感器温度值ti；S2、根据采集的数据计算初始温度补偿系数；根得到初始温度补偿系数后，后续采用增量法继续进行温度补偿系数的计算，每次采集一组数据后，在前次计算的基础上对温度补偿系数进行增量更新；S3、在得到初始温度补偿系数或增量更新后的温度补偿系数后，根据当前的温度补偿系数计算传感器的静态输出补偿量数据y和补偿后的传感器输出数值yt。

【技术特征摘要】
1.一种对MEMS传感器进行温度补偿的方法，其特征在于包括如下步骤：S1、在MEMS传感器处于静止状态下，采集不同温度下传感器的多组数据，每组数据包括一个传感器输出数值yi和一个其对应的该时刻的传感器温度值ti；S2、根据采集的数据计算初始温度补偿系数；根得到初始温度补偿系数后，后续采用增量法继续进行温度补偿系数的计算，每次采集一组数据后，在前次计算的基础上对温度补偿系数进行增量更新；S3、在得到初始温度补偿系数或增量更新后的温度补偿系数后，根据当前的温度补偿系数计算传感器的静态输出补偿量数据y和补偿后的传感器输出数值yt。2.如权利要求1所述的对MEMS传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，采用拟合法计算初始温度补偿系数。3.如权利要求2所述的对MEMS传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，在采用拟合法时，通过使误差Q最小的算法求得拟合系数。4.如权利要求3所述的对MEMS传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，使Q最小是通过求解多元函数的极值问题来解决的。5.如权利要求4所述的对MEMS传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，求解多元函数的极值问题时，通过求导数将公式变成多元一次方程，通过矩阵法求解。6.如权利要求5所述的对MEMS传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，采用拟合法计算初始温度补偿系数时，用最小二乘算法将传感器的静态偏置输出数据拟合成温度的二次曲线并保证误差最小；其中，温度补偿系数有三个，初始温度补偿系数的计算是通过计算最低三组数据从而求得二次曲线的三个系数。7.如权利要求6所述的对MEMS传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，进行增量计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兵，吕元宙，雷祥锋，
申请(专利权)人：珠海全志科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44