基于基于MEMS姿态传感器温度补偿方法姿态传感器温度补偿方法
随着微机电系统(MEMS)技术在微型化技术基础上,结合了电子、机械、材料等多种学科交叉融合的前沿科研领
域的不断发展与成熟,从而出现了很多基于MEMS技术的传感器,此类传感器具有体积小、重量轻、低功耗、
多功能等优点,在电子产品、航空航天、机械化工等行业中得到了广泛应用。 传感器的温度补偿方法大致
可以分为两种,即硬件补偿和软件补偿。硬件补偿方法主要是改变电路来达到补偿效果,但是这种方法会导致
电路的复杂化,同时提高了成本。软件补偿方法主要有二乘法、BP 神经网络法、回归法等。从计算的方便性和
补偿精度的准确性两个方面,本文采取二乘法进行温度补偿。 1 姿态传感器的温度补偿原理 本文采
随着微机电系统(MEMS)技术在微型化技术基础上,结合了电子、机械、材料等多种学科交叉融合的前沿科研领域的不断
发展与成熟,从而出现了很多基于MEMS技术的传感器,此类传感器具有体积小、重量轻、低功耗、多功能等优点,在电子产
品、航空航天、机械化工等行业中得到了广泛应用。
传感器的温度补偿方法大致可以分为两种,即硬件补偿和软件补偿。硬件补偿方法主要是改变电路来达到补偿效果,但是
这种方法会导致电路的复杂化,同时提高了成本。软件补偿方法主要有二乘法、BP 神经网络法、回归法等。从计算的方便性
和补偿精度的准确性两个方面,本文采取二乘法进行温度补偿。
1 姿态传感器的温度补偿原理姿态传感器的温度补偿原理
本文采用美国InvenSense 公司生产的ITG3205
三轴陀螺仪
芯片,该芯片中内嵌有数字输出温度传感器,因此可以随时检
测出传感器所处的环境温度。在不同的工作环境温度下,传感器实际角度输出值与理论角度输出值会出现一定的误差,称之为
温度误差。为了消除或者减少这种温度误差,利用二乘法进行曲线拟合,终达到或接近理论角度输出值。
传感器根据输入的检测信号,通过姿态检测模块和温度检测模块采集相关数据,然后经过温度补偿模块进行相应的温度补
偿,通过输出检测模块可得到预期的检测信号。姿态传感器的温度补偿原理如框图1所示。
2 姿态传感器的温度补偿方法姿态传感器的温度补偿方法
在同一温度下,不同角度的理论值与输出值之间严格意义上是一种非线性关系,但是由于这种误差值相对不大,可以近似
的认为是一种线性关系,即y = mx + n 的线性关系。通过二乘法进行线性拟合,可以得出参数m 和n 的值。
此时可以发现,在不同的温度下,所拟合出来的m和n 值是随温度的变化而变化的。在此情况下,必须找出温度分别与m
和n 之间的关系,为此同样可以根据二乘法再次进行曲线拟合,从而得出m 值与温度之间的关系。同理也可以得出n 与温度之
间的关系。经过两次曲线拟合之后,可以得出理论值与输出值之间的误差有了明显的减小,并且满足预期的要求。在实际应用
中,为了达到高精度检测的要求,可以通过测量多组数据进行曲线拟合的方法来实现。
3 姿态传感器的实验数据处理姿态传感器的实验数据处理
由于各轴的检测原理是相同的,因此本论文采用x轴的检测数据进行实验验证。主要的实验仪器有被测姿态传感器、经纬
仪、高低恒温箱、高精度角度检测仪等。表1所得数据是未经温度补偿时的实验数据,即原始数据。