一种石英加速度传感器的温度补偿方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】-种石英加速度传感器的温度补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明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。
【背景技术】
[0002] 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W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。
[0003] 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 会遇到该样的问题；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。该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。
[0004] 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。
【发明内容】
[0005] 本发明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，W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。
[0006] 本发明采用下述技术方案：
[0007] -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W下步骤：
[0008] 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
【权利要求】
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 mar=nu./ 和"?"? = [6_nv/，其中Output_max和Output_min分别为 Z=U I=U 最大值补偿模型的输出和最小值温度补偿模型的输出，wjpVi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，eTilt为石英加速度传感器的倾斜角，9 为石英加速度传感器 的旋转角，t为温度，F( 0 Tilt, 0K()11，t)表示自变量为0 Tilt、0K()1dPt的函数，A为三角函 数的幅值，《为三角函数的角速度，9为三角函数的初相，h为误差调节因子，tl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： Cl: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(TC升温至TC，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= vv/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°C升温至TC，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=[IV/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： Dl:将石英加速度传感器置于温箱中，采集常温温度值tl下石英加速度传感器在4个 不同旋转角度姿态e 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 〇2:在公式41，=如〇/,.^(#如((〇*0 /^+(卩）+ /7)中，0仙=￡11^〇5^(|，7 (|为当前石英加 速度传感器输出，eTilt为石英加速度传感器的倾斜角，Qltoll为石英加速度传感器的旋转 角，t为温度，《= 1，A为三角函数的幅值，9为三角函数的初相，h为误差调节因子，A、《、 h为未确定参数； D3 : 记Ayin - -_y51，知们-Jij2-J'S2 'Axjb - _)；53-Jzr3，A_yM -J^e4-_yfl4， 则利用数据（AyK1,AyK2,AyK3,AyK4)，采用最小二乘法对公式 4v=sin07,Y, *(/i*sin(w* 0 AW/ + (p) +/?)中未确定的参数A、co、h进行求解； D4 :将步骤D3中得到的模型参数A、《、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： El: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y_、yniidPy^ E2 :设当前石英加速度传感器的实际输出值为y，若y> %，则归一化输出 J=Cy-J0VCvmm -J0)，若y〈y。，则归一化输出J=Cv-_y0)/(_y0 ，最终得到传感器的 归一化输出结果。
2.根据权利要求1所述的石英加速度传感器的温度补偿方法，其特征在于：所述的步 骤Dl中，tl= 20°C，t2 =T°C，石英加速度传感器的4个不同旋转角度姿态分别为0 ^1 = 0, 90, 180, 360。
【文档编号】G01P21/00GK104502632SQ201410704431
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】秦旭东, 杨维斌, 房斌 申请人:郑州合智汇金电子科技有限公司