[發明專利]一種寬溫高精度傾角傳感器及其精度補償方法

在審

• 申請號: 201810381929.1
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN110388897A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 張方超;于冬洋;程思堯;杜秋宇;劉培東
• 申請（專利權）人: 鄭州航天電子技術有限公司
• 主分類號: G01C9/02
• 分類號: G01C9/02;G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明專利提供一種寬溫高精度傾角傳感器及其精度補償方法。傾角傳感器包括DC?DC電源模塊、微處理器、MEMS傾角測量模塊、DAC芯片及通信模塊。其中，DC?DC電源模塊包括濾波電路、穩壓電源模塊及基準電源模塊，微處理器包括SPI子系統、ADC子系統及精度修正模塊，MEMS傾角測量模塊輸出角度電壓信號至ADC子系統，同時提供溫度數字信號至SPI子系統，由其處理后提供給精度修正模塊。微處理器中ADC子系統將角度電壓信號轉換為角度數字信號，并提供至精度修正模塊，由其依據溫度進行精度補償，微處理器將補償后的角度信號同時提供給通信模塊和DAC芯片，前者以數字信號形式輸出，后者以電流形式輸出。精度補償模塊所采用的角度補償技術彌補了現有同類技術中溫漂補償過程復雜、輸出的數字信號和電流信號一致性差的缺陷。本發明專利具有工作溫度范圍寬、測量精度高、適用于批量生產的優點。

技術領域

本發明專利屬于傾角傳感器技術領域，具體是一種寬溫高精度傾角傳感器及其精度補償方法。

背景技術

傾角傳感器是一種能夠將水平傾角轉化為電信號的傳感器，廣泛應用于運載火箭箭體垂直度調整檢測，及導彈發射車、雷達車等車輛傾角檢測使用。因其長期應用于環境惡劣的場合，因此對其可靠度及環境適應性要求很高。傳統液體擺、固體擺及MEMS器件存在受溫度影響大等缺陷，且受元器件本身精度影響，產品精度低。

現有文獻中所提及的精度補償方法，存在補償后精度不理想，或者算法過于復雜不利于工程應用的缺陷。

發明內容

為克服上述不足，本發明專利提供一種寬溫高精度傾角傳感器及其精度補償方法，可以用于補償傾角傳感器因溫度變化導致的精度漂移及修正元器件本身精度影響導致測量精度低的問題，提高產品在寬工作溫度范圍下的精度指標。

本發明專利提供了一種寬溫高精度傾角傳感器及其精度補償方法，包含DC-DC電源模塊、微處理器、MEMS傾角測量模塊、DAC芯片及通信模塊；DC-DC電源模塊包括濾波電路、穩壓電源模塊及基準電源模塊；微處理器包括SPI子系統、ADC子系統及精度修正模塊。濾波電路輸入端與外部輸入電源相連，輸出端與穩壓電源模塊輸入端相連；基準電源模塊、微處理器、通信模塊及DAC芯片的電源輸入端均與穩壓電源輸出端相連；MEMS傾角測量模塊電源輸入端連接基準電源模塊電源輸出端；MEMS傾角測量模塊的角度信號輸出端連接至微處理器ADC子系統的信號輸入端，溫度信號輸出端連接至微處理器SPI子系統的信號輸入端，ADC子系統和SPI子系統的信號輸出端均連接至精度修正模塊的信號輸入端，精度修正模塊的信號輸出端連接至通信模塊和DAC芯片信號輸入端，前者以數字信號形式輸出，后者以電流信號形式輸出。

更進一步地，所述的寬溫高精度傾角傳感器測量軸向為X軸和Y軸，工作溫度范圍-40℃～+60℃。

更進一步地，所述微處理器型號為C8051F060。

更進一步地，所述DAC芯片型號為AD5422BREZ，共使用2只，分別對應X軸和Y軸，并采用菊花鏈的方式連接至微處理器。

更進一步地，所述的寬溫高精度傾角傳感器的精度補償方法，包括溫漂修正方法和線性修正方法。

更進一步地，所述的溫漂修正方法采用的技術方案是：將工作溫度范圍分為k段，k為正整數，各點對應溫度為T₀～T_k，各點對應溫漂值為ErrorT₀～ErrorT_k。采用二次差值分段補償算法對溫漂誤差進行了補償，算法模型如下：

其中，各變量定義如下：

angle：補償后輸出角度；

angle′：補償前角度；

T：當前實測溫度值；