一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法技术

本发明专利技术的一个实施例公开了一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法，包括：S100、在‑40℃～80℃的温度范围内，从‑40℃开始，每间隔10℃，得出该温度点下硅微陀螺仪的零偏、标度因数及非线性度；S102、将‑40℃～80℃的温度范围分为6个温度段，分别为‑40℃～‑20℃、‑20℃～0℃、0℃～20℃、20℃～40℃、40℃～60℃和60℃～80℃，分别在所述六个温度段内，利用所述得到的零偏、标度因数及非线性度，采用二元二阶多项式进行曲线拟合，得到每个温度段内的温度补偿系数H，G，N，即hi、gi、ni，S104、将得到的所述温度补偿系数和分段多项式补偿方法存储在单片机或FPGA系统的FLASH中，用于后续对硅微陀螺仪进行温度补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法
本专利技术涉及惯性器件温度补偿
更具体地，涉及一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法。
技术介绍
硅微陀螺仪以薄硅片为主要材料，利用半导体加工技术制作而成。以硅为材料的优点是微机械结构的制作可以与半导体加工工艺相匹配，易于实现微机械与微电子线路的一体化。但是硅的许多特性如机械的、物理的特性受温度影响较大。当温度发生变化时，不仅机械结构会发生形变，材料的弹性模量、拉伸强度、残余应力等性能也会发生较大变化，这些变化会影响陀螺结构的机械参数和梳齿电容，最终使陀螺仪的谐振频率、品质因素、标度因数和零偏等参数随温度漂移。此外，硅微陀螺仪上电工作时，其功耗会造成陀螺仪本身温度的升高；陀螺仪电路上的各种电子元器件，其性能参数也会随着温度的变化而变化。总之，温度对陀螺仪的各项性能影响呈复杂的非线性关系，这些影响叠加在一起，导致整个系统产生较大的温漂，降低了陀螺仪全温范围内(-40℃～80℃)的性能和精度。因此，有必要进行温度补偿的研究。现有的硅微陀螺仪温度补偿方法大都是在整段温度范围内，利用二元高阶多项式进行补偿，该方法的缺点是当建模曲线较复杂时，需要提高多项式的阶数从而满足曲线拟合要求，补偿效果及通用性较差，并且会增加单片机或FPGA的温补响应时间，实时性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法。克服已有温度补偿技术的不足之处，提出一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法，通过分段补偿，综合考虑可靠性、通用性、实时性等因素，有效地提升了补偿后硅微陀螺仪的全温零偏稳定性，提升了仪表性能。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术提供一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法，包括：S100、在-40℃～80℃的温度范围内，从-40℃开始，每间隔10℃，得出该温度点下硅微陀螺仪的零偏、标度因数及非线性度；S102、将-40℃～80℃的温度范围分为6个温度段，分别为-40℃～-20℃、-20℃～0℃、0℃～20℃、20℃～40℃、40℃～60℃和60℃～80℃，分别在所述六个温度段内，利用所述得到的零偏、标度因数及非线性度，采用二元二阶多项式进行曲线拟合，得到每个温度段内的温度补偿系数H，G，N，即hi、gi、ni，如公式(1)所示其中，Temp是温度传感器测得的实时温度值，AOUT是陀螺仪模拟输出，经过ADC采样数字化成为算法输入，DOUT是温度补偿后陀螺仪数字输出；S104、将得到的所述温度补偿系数和分段多项式补偿方法存储在单片机或FPGA系统的FLASH中，用于后续对硅微陀螺仪进行温度补偿。在一个具体实施例中，所述方法还包括选取作为补偿对象的硅微陀螺仪，硅微陀螺仪上电后，根据当前实时测量的温度值，运行相应温度段内的补偿程序进行温度补偿，得到补偿后的陀螺仪数字信号。在一个具体实施例中，所述S100包括：S1001、将硅微陀螺仪固定在专用测试工装上，放入带温箱转台中；硅微陀螺仪上电，并以3℃/min的速率将温箱降温至-40℃，并保温30min；S1002、转台静止状态下采集硅微陀螺仪零位输出10s，取其平均值作为该温度下硅微陀螺仪的零偏；然后控制转台在角速度-200°/s至200°/s的范围内，测量得出硅微陀螺仪的标度因数及非线性度；S1003、温箱以3℃/min的速率升温至-30℃，并保温30min，重复步骤S1002；S1004、每间隔10℃，重复步骤S1002、S1003，直至80℃，得到每个温度点硅微陀螺仪的零偏、标度因数及非线性度。在一个具体实施例中，所述hi、gi、ni是二阶温度系数,其中，hi为常数项参数用来补偿零偏，gi为一次项补偿参数用来补偿标度因数，ni为二次项补偿参数用来补偿非线性度。在一个具体实施例中，所述i＝0，1，2。在一个具体实施例中，所述补偿方法采用快慢两线程运算方法，慢线程计算温度系数H，G，N，即hi、gi、ni；快线程运算方法存储在ADC中断程序中，计算温度补偿，实时补偿陀螺数据。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用分段多项式的方法进行温度补偿，可以有效地应对更为复杂的建模曲线，补偿效果及通用性更强。本专利技术中每个温度段内只需二元二阶多项式即可满足温度补偿要求，实时性更强。本专利技术更适合硅微陀螺仪的批量建模补偿，效率更高。本专利技术的温度补偿效果更好，有利于提升硅微陀螺仪的全温零偏稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出根据本专利技术一个实施例的适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法流程图。图2示出根据本专利技术一个实施例的硅微陀螺仪分段温度补偿方法的软件流程图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。如图1所示，本专利技术实施例公开了一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法，包括：S100、在-40℃～80℃的温度范围内，从-40℃开始，每间隔10℃，得出该温度点下硅微陀螺仪的零偏、标度因数及非线性度；在一个具体实施例中，所述S100包括：S1001、将硅微陀螺仪固定在专用测试工装上，放入带温箱转台中；并将固定有硅微陀螺仪的测试工装装在转台上。硅微陀螺仪上电，并以3℃/min的速率将温箱降温至-40℃，并保温30min；此过程转台静止；S1002、转台静止状态下采集硅微陀螺仪零位输出10s，采样率1kHz，取其平均值作为该温度下硅微陀螺仪的零偏；然后控制转台在角速度-200°/s至200°/s的范围内，分别采集-200°/s、-100°/s、-50°/s、-10°/s、-5°/s、-1°/s、0°/s、1°/s、5°/s、10°/s、50°/s、100°/s、200°/s转速下硅微陀螺仪的零位输出值，得出硅微陀螺仪的标度因数及非线性度；S1003、温箱以3℃/min的速率升温至-30℃，并保温30min，重复步骤S1002；得出-30℃硅微陀螺仪的零偏、标度因数及非线性度；S1004、每间隔10℃，重复步骤S1002、S1003，直至80℃，得到每个温度点硅微陀螺仪的零偏、标度因数及非线性度，进而能得出硅微陀螺仪的全温零偏稳定性。S102、将-40℃～80℃的温度范围分为6个温度段，分别为-40℃～-20℃、-20℃～0℃、0℃～20℃、20℃～40℃、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法，其特征在于,包括：/nS100、在-40℃～80℃的温度范围内，从-40℃开始，每间隔10℃，得出该温度点下硅微陀螺仪的零偏、标度因数及非线性度；/nS102、将-40℃～80℃的温度范围分为6个温度段，分别为-40℃～-20℃、-20℃～0℃、0℃～20℃、20℃～40℃、40℃～60℃和60℃～80℃，分别在所述六个温度段内，利用所述得到的零偏、标度因数及非线性度，采用二元二阶多项式进行曲线拟合，得到每个温度段内的温度补偿系数H，G，N，即hi、gi、ni，如公式(1)所示/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法，其特征在于,包括：
S100、在-40℃～80℃的温度范围内，从-40℃开始，每间隔10℃，得出该温度点下硅微陀螺仪的零偏、标度因数及非线性度；
S102、将-40℃～80℃的温度范围分为6个温度段，分别为-40℃～-20℃、-20℃～0℃、0℃～20℃、20℃～40℃、40℃～60℃和60℃～80℃，分别在所述六个温度段内，利用所述得到的零偏、标度因数及非线性度，采用二元二阶多项式进行曲线拟合，得到每个温度段内的温度补偿系数H，G，N，即hi、gi、ni，如公式(1)所示



其中，Temp是温度传感器测得的实时温度值，AOUT是陀螺仪模拟输出，DOUT是温度补偿后陀螺仪数字输出；所述AOUT经过ADC采样数字化成为算法输入；
S104、将得到的所述温度补偿系数和分段多项式补偿方法存储在单片机或FPGA系统的FLASH中，用于后续对硅微陀螺仪进行温度补偿。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括
选取作为补偿对象的硅微陀螺仪，硅微陀螺仪上电后，根据当前实时测量的温度值，运行相应温度段内的补偿程序进行温度补偿，得到补偿后的陀螺仪数字信号。


3.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋汪洋，李响，侯凌霄，张宇，王晓雷，
申请(专利权)人：北京仿真中心，
类型：发明
国别省市：北京;11