【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石英谐振梁加速度计标定补偿，具体涉及一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法。
技术介绍
1、石英晶体材料的弹性模量和线胀系数随着温度变化而变化，导致石英谐振梁加速度计对工作环境温度变化很敏感。随着环境温度变化，加速度计零位、标度因数会也会有明显的变化。通常，在未补偿的情况下，全温范围内加速度计的零位变化通常会超过5mg，标度因数会达到500ppm以上，因此在实际工程应用中需要对温度影响进行有效的建模及补偿。一般，对石英谐振梁加速度计的温度误差建模及补偿方法主要有：
2、(1)利用温度传感器信息进行多项式拟合。在全温范围内选取一系列温度点，在每个温度点上进行一定时间的保温后，通过四位置或多位置翻滚测得零位和标度因数，然后对所有温度点的零位和标度因数分别进行多项式拟合(一般为线性、三阶或五阶)，获得误差补偿模型。该建模方法可以有效降低温度影响，但由于温度传感器通常和表头有一定距离，且模型只含有温度信息，没有对温度的空间梯度信息和时间延迟信息进行建模，补偿效果有限，且无法消除升降温造成的滞回误差。
3、(2)利用温度传感器输出、输出对时间的差分等信息进行多项式拟合。建模过程与(1)基本相同，但模型包含实时温度、温度随时间的历史变化信息(时间差分项)、温度与时间差分项交叉乘积等信息。该建模方法可以在一定程度上改善滞回误差，但对于需要快速启动，或者环境温度不同、温度变化率不同的情况，难以有效补偿温度影响导致的零偏、标度因数误差。
4、(3)利用双梁频率之和作为温度信息源，进行温度或温
5、在实际工程应用中，谐振梁的温度特性受环境温度、温度变化率、温度空间梯度等多个变量的影响，且实际环境的变化大多是随机的、变速率的、升降温不可预知的。温度变化率描述的是同一空间上不同时间内温度的变化量，温度梯度则是同一时间上不同空间上温度变化量。如何有效补偿实际环境温度对加速度计零位、标度因数的影响，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
2、为此，本专利技术提供一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法，能够达到理想的温度补偿效果，满足快速启动、适应未知环境温度且随机变化等工程应用要求。
3、本专利技术的技术解决方案如下：提供一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法，该方法包括：
4、在加速度计振梁驱动电路及表头内部(也即谐振梁附近)各放置一个温度传感器，对两个温度传感器的输出求差作为温度梯度值；
5、在全温范围内选取一系列温度点，对每个温度点上测得的零位和标度因数取均值，作为拟合目标值；
6、使用两个温度传感器的输出值、温度梯度值、温度变化率变量进行多项式组合和加权，结合所述拟合目标值进行拟合，以获得完整的温度补偿模型；
7、在获得的温度补偿模型基础上，进行温度误差补偿。
8、进一步地，所述在全温范围内选取一系列温度点，对每个温度点上测得的零位和标度因数取均值，作为拟合目标值，具体包括：
9、在全温范围内选取一系列温度点，在每个温度点上进行预设时间的保温，通过四位置翻滚测得零位和标度因数；根据加速度计全温重复性水平，复测至少两次，对每个温度点上测得的零位和标度因数取均值，作为拟合目标值。
10、进一步地，所述完整的温度补偿模型由补偿后的加速度计零位值和补偿后的加速度计零位值组成。
11、进一步地，通过下式获取补偿后的加速度计零位值：
12、
13、其中，bcom为补偿后的加速度计零位值；b0为补偿前的加速度计零位值；t1为加速度计振梁驱动电路的温度传感器输出；t2为加速度计表头内部温度传感器输出；δt为两个温度传感器的梯度差t1-t2；a01为温度传感器t1的零次项系数；a11为温度传感器t1的一次项系数；a21为温度传感器t1的二次项系数；a31为温度传感器t1的三次项系数；a02为温度传感器t2的零次项系数；a12为温度传感器t2的一次项系数；a22为温度传感器t2的二次项系数；a32为温度传感器t2的三次项系数；aδ1为两个温度传感器梯度δt的一次项系数；aδ2为两个温度传感器梯度δt的二次项系数；aδ3为两个温度传感器梯度δt的三次项系数；为温度传感器t1的温度变化率值的一次项拟合系数；为温度传感器t2的温度变化率值的一次项拟合系数；dt1/dt为温度传感器t1的温度变化率值；dt2/dt为温度传感器t2的温度变化率值；at/dt为温度与温度变化率交叉项拟合系数；at/δt为温度与温度梯度交叉项拟合系数。
14、进一步地，通过下式获取补偿后的加速度计零位值：
15、
16、其中，kcom为补偿后的加速度计零位值；k0为补偿前的加速度计零位值；b01为温度传感器t1的零次项系数；b11为温度传感器t1的一次项系数；b21为温度传感器t1的二次项系数；b31为温度传感器t1的三次项系数；b02为温度传感器t2的零次项系数；b12为温度传感器t2的一次项系数；b22为温度传感器t2的二次项系数；b32为温度传感器t2的三次项系数；bδ1为两个温度传感器梯度δt的一次项系数；bδ2为两个温度传感器梯度δt的二次项系数；bδ3为两个温度传感器梯度δt的三次项系数；为温度传感器t1的温度变化率值的一次项拟合系数；为温度传感器t2的温度变化率值的一次项拟合系数；bt/dt为温度与温度变化率交叉项拟合系数；bt/δt为温度与温度梯度交叉项拟合系数。
17、上述技术方案通过在加速度计振梁驱动电路及表头内部各放置一个温度传感器，利用传感器温度、温度空间梯度信息和温度时间差分信息进行综合误差建模，可以实现在典型环境温度条件以及大温变、快温变等复杂环境条件下的零偏和标度因数温度误差的精确补偿，有效解决常规温度补偿方法难以减小或消除的温度滞回误差、滞后误差等难题，满足实际工程中如启动速度快、零偏及标度因数全温变化量小、强温度环境适应性等严苛应用要求。该方法可推广应用于其他微机械惯性仪表如硅微陀螺、硅微加速度计、石英音叉陀螺等的温度误差建模及补偿。
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1.一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法，其特征在于，所述在全温范围内选取一系列温度点，对每个温度点上测得的零位和标度因数取均值，作为拟合目标值，具体包括：
3.根据权利要求1或2所述的一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法，其特征在于，所述完整的温度补偿模型由补偿后的加速度计零位值和补偿后的加速度计零位值组成。
4.根据权利要求3所述的一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法，其特征在于，通过下式获取补偿后的加速度计零位值：
5.根据权利要求3或4所述的一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法，其特征在于，通过下式获取补偿后的加速度计零位值：
【技术特征摘要】
1.一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法，其特征在于，所述在全温范围内选取一系列温度点，对每个温度点上测得的零位和标度因数取均值，作为拟合目标值，具体包括：
3.根据权利要求1或2所述的一种石英谐振梁加速度计温度误差建模与补偿方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：马高印，张菁华，孙刚，刘晓智，丁凯，苏翼，杨星辉，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：
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