【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油天然气勘探开发钻井领域，确切地说涉及一种基于mems硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法。
技术介绍
1、目前石油仪器上使用的加速度计为石英加速度计，它的特点是精度很高，线性度好，温度性能比较稳定。随着硅微加速度计技术的进步，硅微加速度计的应用越来越广泛，已经有在石油仪器上使用的产品应用。它体积小，可以安装在尺寸受限制的仪器上，抗震动冲击特性好。特别适合适用于4.75等小口径钻井仪器。但是受制于半导体生产工艺的限制，mems加速度计的温度特性不稳定，线性度随着温度的变化特性比较明显。经过长时间的大量数据测量，发现硅微芯片的温度特性在80℃附近时输出值在线型曲线的下方，在125℃附近时输出值在线型曲线的上方，大于150℃以上时温度时极值输出特性偏差更为明显，呈现一定的波动。按照目前的线性化标定方法(极值标定法)，在常温25℃或者100℃下测量仪器的零位b0，和正负极值k1，正负极值取平均。axout＝(ax-b0)/k1就是传感器的输出结果，没有考虑温度的漂移特性。精度最大可以偏差井斜角大于0.5°，最大可达1°左右，方位角大于3°。不能满足钻井仪器需求。
2、现有技术中提出了公开号为cn108534800a，公开日为2018年9月14日的中国专利技术专利文献，该专利文献所公开了mems-imu全温全参数标定补偿方法，采用温控转台标定与精密离心标定紧密结合，相辅相成作用互补，温控转台标定用于标定mems-imu中陀螺的零偏、温度系数、刻度因数、安装耦合误差、非线性误差，以及加速度计的零偏、温度
3、公开号为cn104237565a，公开日为2014年12月24日的中国专利技术专利文献，该专利提供一种微机械加速度计温度系统的测试与标定方法，根据其工作原理和技术特点，通过试验和拟合计算得到用于温度补偿的数学模型，进而在系统应用时提高微机械加速度计性能和环境适应性。该专利可间接有效地解决微机械加速度计输出受温度影响变化大的问题，拓展微机械加速度计的工程应用范围。但是上述技术在使用过程中，由于仪表输出值在全温度范围内并不是一个线性度很好的曲线，是一条随温度升高，曲率发生改变的不规则曲线。并且在温度补偿时根据最小二乘法计算偏差拟合点时，如果在全温度范围内，由于温度区间较大不可能在全范围内很好的拟合所有的温度点，一些温度下传感器补偿后的值误差越大，不能满足钻井仪器的高精度需求。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于mems硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，本专利技术能够整体上提高姿态测量仪器的测量精度(井斜角、方位角、工具面等)，满足工程需求，是实现小尺寸高温型石油仪器上的重要技术。
2、本专利技术是通过采用下述技术方案实现的：
3、基于mems硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，步骤为：
4、步骤1：对仪器初始位置的正交性进行矫正；
5、步骤2：将仪器放置在专用测量工具内，通电测量，记录仪器的加速度计在每个恒定温度点保持一定时间后的零位值，正负半值和正负极值，在恒温条件下进行一次补偿；
6、步骤3：对仪器进行升温测试，直到仪器的最高工作温度点，并分别记录不同温度点的仪器的加速度计零位值，正负半值和正负极值；
7、步骤4：进行测量标定补偿，3次项线性曲线拟合，采取温度曲线分段非线性化补偿方法，获取零位温度系数，半值温度系数和极值温度系数，对其进行标定；
8、k-1＝a3×t×t×t+a2×t×t+a1×t+a0 式1
9、k-0.5＝b3×t×t×t+b2×t×t+b1×t+b0 式2
10、k0＝c3×t×t×t+c2×t×t+c1×t+c0 式3
11、k.0.5＝d3×t×t×t+d2×t×t+d1×t+d0 式4
12、k1＝e3×t×t×t+e2×t×t+e1×t+e0 式5
13、根据以上方程计算获得零位温度系数，半值温度系数和极值温度系数；
14、式1、式2、式3、式4、式5中，k0为零位值，正负半值为k0.5(k-0.5)，正负极值为k1(k-1)；c0，c1，c2，c3为零位温度系数，b1，b2，b3，b0，d1，d2，d3，d0为半值温度系数，a3，a2，a1，a0，e0，e1，e2，e3为极值温度系数，t为仪器测量的温度值；即在每一个温度范围内都有一组非线性补偿的参数即零位温度系数，半值温度系数和极值温度系数相对应去补偿硅微加速度计的输出值；
15、步骤5：调整非线性补偿的参数拟合范围；将零位值，正负半值和正负极值取值范围控制在小数点后六位与小数点后三位之间；
16、步骤6：在指定温度环境下进行加速度计的正交参数补偿。
17、所述的步骤1中，对仪器初始位置的正交性进行矫正的方法为机械式补偿方法或数学补偿方法。
18、所述数学补偿方法的x、y、z方向的机械安装误差小于0.5°。
19、所述的步骤1中，对仪器初始位置的正交性进行矫正的环境温度为25℃。
20、所述的步骤2中，恒定温度的温度点为20℃开始，每隔10℃设置一个温度点，最高温度为175℃。
21、所述保持一定时间为保持0.5h-1h。
22、所述的步骤3中，升温测试的温度点为每10℃一个点，起始温度点为20℃，最高温度点为175℃。
23、所述的步骤4中，温度曲线分段为0℃-100℃，100℃-150℃，150℃-175℃。
24、所述的步骤6中，指定温度环境为60℃-80℃环境下。
25、所述的步骤6中，正交参数补偿包括：
26、先获取加速度计在仪器坐标系axyz上ax、ay、az三个方向的输出值：
27、a＝{ax ay az} 式6；
28、再将仪器坐标系axyz在基准坐标系3轴上的投影化作正交矩阵m：
29、
30、通过正交矩阵对加速度计的输出进行正交补偿，补偿后，加速度计输出为：
31、aout＝a×m+a0 式8。
32、与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：
33、1、本专利技术基于硅微传感器温度的特性，采取分阶段的非线性补偿，分温度区间补偿使得在该区间内拟合度最佳，根据最小二乘法计算偏差拟合点数越多，累计误差越大，因此，本专利技术提供了一种分段高温非线性补偿方法，从而整体上提高姿态测量短节的精度，满足工程需本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于MEMS硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于，步骤为：
2.根据权利要求1所述的基于MEMS硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述的步骤1中，对仪器初始位置的正交性进行矫正的方法为机械式补偿方法或数学补偿方法。
3.根据权利要求2所述的基于MEMS硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述数学补偿方法的X、Y、Z方向的机械安装误差小于0.5°。
4.根据权利要求1所述的基于MEMS硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述的步骤1中，对仪器初始位置的正交性进行矫正的环境温度为25℃。
5.根据权利要求1所述的基于MEMS硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述的步骤2中，恒定温度的温度点为20℃开始，每隔10℃设置一个温度点，最高温度为175℃。
6.根据权利要求1所述的基于MEMS硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述保持一定时间为保持0.5h-1h。
7.根据权利要求1
8.根据权利要求1所述的基于MEMS硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述的步骤4中，温度曲线分段为0℃-100℃，100℃-150℃，150℃-175℃。
9.根据权利要求1所述的基于MEMS硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述的步骤6中，指定温度环境为60℃-80℃环境下。
10.根据权利要求1所述的基于MEMS硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述的步骤6中，正交参数补偿包括：
...【技术特征摘要】
1.基于mems硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于，步骤为：
2.根据权利要求1所述的基于mems硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述的步骤1中，对仪器初始位置的正交性进行矫正的方法为机械式补偿方法或数学补偿方法。
3.根据权利要求2所述的基于mems硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述数学补偿方法的x、y、z方向的机械安装误差小于0.5°。
4.根据权利要求1所述的基于mems硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述的步骤1中，对仪器初始位置的正交性进行矫正的环境温度为25℃。
5.根据权利要求1所述的基于mems硅微加速度计传感器的姿态短节的非线性补偿方法，其特征在于：所述的步骤2中，恒定温度的温度点为20℃开始，每隔10℃设置一个温度点，最高温度为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹继华，裴建静，王国光，闫伟，贺鸣，张佳纯，王福增，焦向明，张学佳，甄戈赛，
申请(专利权)人：四川天石和创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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