一种石英加速度传感器的温度补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种石英加速度传感器的温度补偿方法，依次包括以下步骤：A：利用高次非线性函数表示石英加速度传感器输出的最大值和最小值随温度变化的规律，建立最大值补偿数学模型和最小值温度补偿数学模型；B：建立零值温度补偿数学模型；C：获取石英加速度传感器最大值和最小值采样数据，求出最大值温度补偿数学模型和最小值温度补偿数学模型的参数；D：获取石英加速度传感器零值输出采样数据，求出零值温度补偿数学模型参数：E：对石英加速度传感器输出进行归一化操作。本发明专利技术能够实现对石英加速度传感器在高温下的温度补偿，使石英加速度传感器在高温下仍保持较高的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种石英加速度传感器的温度补偿方法
本专利技术涉及一种温度补偿方法，尤其涉及一种针对石英加速度传感器的温度补偿方法。
技术介绍
随着科技的发展，不同行业对传感器的精度和温度的要求不断提高。石英加速度传感器以其极高的精度优势被广泛应用于航空航天、石油天然气开发等各种领域。尽管如此，石英加速度传感器在温度和精度上的要求还没有达到行业需求。例如在石油开发领域，随着地层的不断加深，不仅对传感器的抗高温性能提出巨大挑战，同时对高温条件下传感器的精度要求也不断提升。由于加工工艺和材料性能的制约，目前很多高温石英加速度传感器的精度没有达到所需要的精度条件。因此，根据石英加速度传感器的内在属性，对其进行温度补偿是一种很好的解决方式，能够利用现有传感器的精度，通过软件补偿，使其在高温条件下仍然具有较高的精度，满足测量系统的性能要求。由于石英材料本身对温度的敏感性，现有的石英加速度传感器在使用过程中可能会遇到这样的问题：传感器的零值输出在不同的倾斜角和旋转角下随着温度的变化曲线不一致。这样的现象直接导致在使用过程中，即使按照传统的方法对最大值和最小值做了温度补偿，也会使传感器在某些倾斜角和旋转角上出现较大的偏差，从而没有真正达到温度补偿的目的。目前，对石英加速度传感器的使用分未采用温度补偿和采用温度补偿两种方法。前者适用于对温度要求不高的领域，或者是石英加速度传感器的温度性能十分优异，而后者主要采用传统的线性或非线性方法，对传感器的整体输出进行拟合达到温度补偿的目的。在一些特定的应用中，对传感器在高温下的性能要求非常高(例如石油天然气开发领域要求在150度的高温条件下传感器的温度漂移小于2‰)，因此，尽管采用了温度补偿方法，由于没有考虑加速度传感器的零值随仪器姿态的变化引起的温度曲线不一致带来的影响，使得最终的测量结果仍然达不到应用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种针对石英加速度传感器的温度补偿方法，能够针对石英加速度传感器零值输出随倾斜角度和旋转角度不同而导致温度曲线不同的问题，实现对石英加速度传感器在高温下的温度补偿，从而使石英加速度传感器在高温下仍保持较高的精度，以满足航空航天、石油天然气开发等领域对石英加速度传感器的要求。本专利技术采用下述技术方案：一种石英加速度传感器的温度补偿方法，其特征在于，依次包括以下步骤：A：利用高次非线性函数表示石英加速度传感器输出的最大值和最小值随温度变化的规律，建立最大值补偿数学模型和最小值温度补偿数学模型，公式分别为和其中Output_max和Output_min分别为最大值补偿模型的输出和最小值温度补偿模型的输出，wi和vi分别为最大值模型对应的非线性系数和最小值模型对应的非线性系数，t为温度，i＝1,2,...,6；B：建立零值温度补偿数学模型为，其中y为传感器输出，θTilt为石英加速度传感器的倾斜角，θRoll为石英加速度传感器的旋转角，t为温度，F(θTilt,θRoll,t)表示自变量为θTilt、θRoll和t的函数，A为三角函数的幅值，ω为三角函数的角速度，为三角函数的初相，h为误差调节因子，t1和t2为两个测试温度点；C：获取石英加速度传感器最大值和最小值采样数据，按以下步骤求出最大值温度补偿数学模型和最小值温度补偿数学模型的参数：C1：将石英加速度传感器置于温箱中，调整石英加速度传感器的位置使石英加速度传感器输出为最大值；C2：控制石英加速度传感器从0℃升温至T℃，T为最高操作温度，在升温过程中持续记录石英加速度传感器温度和石英加速度传感器的数值输出(t,Output_max)，不低于1组/分钟；C3：利用最小二乘法将步骤C2中获得的采样数据代入公式进行拟合，求出参数wi,i＝1,2,...,6；C4：将石英加速度传感器置于温箱中，调整石英加速度传感器的位置使石英加速度传感器输出为最小值；C5:控制石英加速度传感器从0℃升温至T℃,T为最高操作温度，在升温过程中持续记录石英加速度传感器温度和石英加速度传感器的数值输出(t,Output_min)，不低于1组/分钟；C6：利用最小二乘法将步骤C5中获得的采样数据代入公式进行拟合，求出参数vi,i＝1,2,...,6；D：获取石英加速度传感器零值输出采样数据，按以下步骤求出零值温度补偿数学模型参数：D1：将石英加速度传感器置于温箱中，采集常温温度值t1下石英加速度传感器在4个不同旋转角度姿态θRoll下的数据，以及在高温温度值t2下石英加速度传感器在4个对应的不同旋转角度姿态下的数据，分别记为D2：在公式中，θTilt＝arccosy0，y0为当前石英加速度传感器输出，θTilt为石英加速度传感器的倾斜角，θRoll为石英加速度传感器的旋转角，t为温度，ω＝1，A为三角函数的幅值，为三角函数的初相，h为误差调节因子，A、ω、h为未确定参数；D3：记则利用数据(△yR1,△yR2,△yR3,△yR4)，采用最小二乘法对公式中未确定的参数A、ω、h进行求解；D4：将步骤D3中得到的模型参数A、ω、h代入以下公式，得到确定参数的石英加速度传感器零值温度补偿数学模型，E：按照以下步骤对石英加速度传感器输出进行归一化操作：E1：通过最大值温度补偿数学模型、最小值温度补偿数学模型以及零值温度补偿数学模型，可以得到当前温度t下传感器的最大值、最小值和零值分别为ymax、ymin和y0；E2：设当前石英加速度传感器的实际输出值为y，若y≥y0，则归一化输出若y<y0，则归一化输出最终得到传感器的归一化输出结果。所述的步骤D1中，t1＝20℃，t2＝T℃，石英加速度传感器的4个不同旋转角度姿态分别为θRoll＝0,90,180,360。本专利技术所述的石英加速度传感器的温度补偿方法，解决传感器零值的温度曲线随倾斜角和旋转角的变化不一致的问题；通过温度补偿，可以使温度性能不佳的传感器在高温条件下仍然能达到较高的精度。本专利技术在传统温度补偿的基础上没有增加过多的操作步骤，只需要对石英加速度传感器多采集2个温度点下各4个位置的输出即可；本专利技术同样适用于其他类似性能传感器的温度补偿。附图说明图1为本专利技术的流程图。具体实施方式如图1所示，本专利技术所述的石英加速度传感器的温度补偿方法，依次包括以下步骤：A：利用高次非线性函数表示石英加速度传感器输出的最大值和最小值随温度变化的规律，建立最大值补偿数学模型和最小值温度补偿数学模型，公式分别为和其中Output_max和Output_min分别为最大值补偿模型的输出和最小值温度补偿模型的输出，wi和vi分别为最大值模型对应的非线性系数和最小值模型对应的非线性系数，t为温度，i＝1,2,...,6；B：建立零值温度补偿数学模型为，其中y为传感器输出，θTilt为石英加速度传感器的倾斜角，θRoll为石英加速度传感器的旋转角，t为温度，F(θTilt,θRoll,t)表示自变量为θTilt、θRoll和t的函数，A为三角函数的幅值，ω为三角函数的角速度，为三角函数的初相，h为误差调节因子，t1和t2分别为两个测试温度点；零值温度补偿数学模型的建立步骤如下：B1：石英加速度传感器零值输出随温度变化规律可以用线性函数表示为y＝k*t+b，其中t为温度，y为传感器输出，k和b为线性函数系数。通过对采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英加速度传感器的温度补偿方法，其特征在于，依次包括以下步骤：A：利用高次非线性函数表示石英加速度传感器输出的最大值和最小值随温度变化的规律，建立最大值补偿数学模型和最小值温度补偿数学模型，公式分别为Output_max=Σi=06witi]]>和Output_min=Σi=06viti]]>其中Output_max和Output_min分别为最大值补偿模型的输出和最小值温度补偿模型的输出，wi和vi分别为最大值模型对应的非线性系数和最小值模型对应的非线性系数，t为温度，i＝1,2,...,6；B：建立零值温度补偿数学模型为，其中y为传感器输出，θTilt为石英加速度传感器的倾斜角，θRoll为石英加速度传感器的旋转角，t为温度，F(θTilt,θRoll,t)表示自变量为θTilt、θRoll和t的函数，A为三角函数的幅值，ω为三角函数的角速度，为三角函数的初相，h为误差调节因子，t1和t2为两个测试温度点；C：获取石英加速度传感器最大值和最小值采样数据，按以下步骤求出最大值温度补偿数学模型和最小值温度补偿数学模型的参数：C1：将石英加速度传感器置于温箱中，调整石英加速度传感器的位置使石英加速度传感器输出为最大值；C2：控制石英加速度传感器从0℃升温至T℃，T为最高操作温度，在升温过程中持续记录石英加速度传感器温度和石英加速度传感器的数值输出(t,Output_max)，不低于1组/分钟；C3：利用最小二乘法将步骤C2中获得的采样数据代入公式进行拟合，求出参数wi,i＝1,2,...,6；C4：将石英加速度传感器置于温箱中，调整石英加速度传感器的位置使石英加速度传感器输出为最小值；C5:控制石英加速度传感器从0℃升温至T℃,T为最高操作温度，在升温过程中持续记录石英加速度传感器温度和石英加速度传感器的数值输出(t,Output_min)，不低于1组/分钟；C6：利用最小二乘法将步骤C5中获得的采样数据代入公式进行拟合，求出参数vi,i＝1,2,...,6；D：获取石英加速度传感器零值输出采样数据，按以下步骤求出零值温度补偿数学模型参数：D1：将石英加速度传感器置于温箱中，采集常温温度值t1下石英加速度传感器在4个不同旋转角度姿态θRoll下的数据，以及在高温温度值t2下石英加速度传感器在4个对应的不同旋转角度姿态下的数据，分别记为(t1,yR11,)(t1,yR21),(t1,yR31),(t1,yR41),(t2,yR12),(t2,yR22),(t2,yR32),(t2,yR42);]]>D2：在公式中，θTilt＝arccosy0，y0为当前石英加速度传感器输出，θTilt为石英加速度传感器的倾斜角，θRoll为石英加速度传感器的旋转角，t为温度，ω＝1，A为三角函数的幅值，为三角函数的初相，h为误差调节因子，A、ω、h为未确定参数；D3：记ΔyR1=yR12-yR11,ΔyR2=yR22-yR21,ΔyR3=yR32-yR31,ΔyR1=yR42-yR41,]]>则利用数据(△yR1,△yR2,△yR3,△yR4)，采用最小二乘法对公式中未确定的参数A、ω、h进行求解；D4：将步骤D3中得到的模型参数A、ω、h代入以下公式，得到确定参数的石英加速度传感器零值温度补偿数学模型，E：按照以下步骤对石英加速度传感器输出进行归一化操作：E1：通过最大值温度补偿数学模型、最小值温度补偿数学模型以及零值温度补偿数学模型，可以得到当前温度t下传感器的最大值、最小值和零值分别为ymax、ymin和y0；E2：设当前石英加速度传感器的实际输出值为y，若y≥y0，则归一化输出若y<y0，则归一化输出最终得到传感器的归一化输出结果。...

【技术特征摘要】
1.一种石英加速度传感器的温度补偿方法，其特征在于，依次包括以下步骤：A：利用高次非线性函数表示石英加速度传感器输出的最大值和最小值随温度变化的规律，建立最大值补偿数学模型和最小值温度补偿数学模型，公式分别为和其中Output_max和Output_min分别为最大值补偿模型的输出和最小值温度补偿模型的输出，wi和vi分别为最大值模型对应的非线性系数和最小值模型对应的非线性系数，t为温度，i＝1,2,...,6；B：建立零值温度补偿数学模型为，其中y为传感器输出，θTilt为石英加速度传感器的倾斜角，θRoll为石英加速度传感器的旋转角，t为温度，F(θTilt,θRoll,t)表示自变量为θTilt、θRoll和t的函数，A为三角函数的幅值，ω为三角函数的角速度，为三角函数的初相，h为误差调节因子，t1和t2为两个测试温度点，y1为温度点t1的传感器输出；C：获取石英加速度传感器最大值和最小值采样数据，按以下步骤求出最大值温度补偿数学模型和最小值温度补偿数学模型的参数：C1：将石英加速度传感器置于温箱中，调整石英加速度传感器的位置使石英加速度传感器输出为最大值；C2：控制石英加速度传感器从0℃升温至T℃，T为最高操作温度，在升温过程中持续记录石英加速度传感器温度和石英加速度传感器的数值输出(t,Output_max)，不低于1组/分钟；C3：利用最小二乘法将步骤C2中获得的采样数据代入公式进行拟合，求出参数wi,i＝1,2,...,6；C4：将石英加速度传感器置于温箱中，调整石英加速度传感器的位置使石英加速度传感器输出为最小值；C5:控制石英加速度传感器从0℃升温至T℃,T为最高操作温度，在升温过程中持续记录石英加速度传感器温度和石英加速度传感器的数值输出(t,Output_min)，不低于1组/分钟；C6：利用最小二乘法将步...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦旭东，杨维斌，房斌，
申请(专利权)人：郑州合智汇金电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41