[發明專利]一種對MEMS傳感器進行溫度補償的方法及裝置

在審

• 申請號: 201811308715.8
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109238310A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 劉兵;呂元宙;雷祥鋒
• 申請（專利權）人: 珠海全志科技股份有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01P1/00
• 代理公司: 深圳市君之泉知識產權代理有限公司 44366
• 代理人: 鄭瑜

本發明涉及一種對MEMS傳感器進行溫度補償的方法及裝置，所述方法包括如下步驟：在MEMS傳感器處于靜止狀態下，采集不同溫度下傳感器的多組數據，每組數據包括一個傳感器輸出數值和一個其對應的該時刻的傳感器溫度值；采集后先計算初始溫度補償系數，后續采用增量法繼續進行溫度補償系數的計算；并根據當前的溫度補償系數計算傳感器的靜態輸出補償量數據和補償后的傳感器輸出數值。由于采用了軟件方式利用計算機程序進行補償，不添加額外的硬件成本以及額外的物理空間；利用增量式計算方法，溫度補償系數可以快速計算獲得，降低了等待時間；增量式計算方法降低了CPU負擔，減少了內存占用。

技術領域

本發明涉及一種對MEMS傳感器進行溫度補償的方法及裝置，尤其適于低成本的MEMS傳感器，比如無人機等運動載體上用的陀螺儀數值、加速度計等。

背景技術

現有的低成本的MEMS傳感器因為工藝和設計的原因，其輸出的數值會因為外在環境溫度的變化而改變，而且每次上電之后數據的一致性也無法保證。在低成本MEMS傳感器的應用中，對傳感器主動進行溫度補償的方案很少，有些公司對傳感器所在的部分單獨做成了一個模組，并對其進行了恒溫處理。而現在行業中更大部分的應用只是局限在對傳感器部分進行散熱，或者使用加熱電阻實現某一溫度區域內的恒溫。

現有技術中使用保溫盒對MEMS傳感器進行保溫無疑會加大硬件成本的投入，并且會占據一定的物理空間，這對于設備的小型化和低成本化是一個障礙。而對傳感器進行被動散熱則不能滿足在全天候的條件下使用，尤其是在夏季高溫環境中。

發明內容

本發明的目的是在不增加硬件成本和物理空間的情況下對MEMS傳感器進行溫度補償并滿足全天候的使用。

為此，本發明提出一種對MEMS傳感器進行溫度補償的方法，包括如下步驟：S1、在MEMS傳感器處于靜止狀態下，采集不同溫度下傳感器的多組數據，每組數據包括一個傳感器輸出數值和一個其對應的該時刻的傳感器溫度值；S2、根據采集的數據計算初始溫度補償系數；根得到初始溫度補償系數后，后續采用增量法繼續進行溫度補償系數的計算，每次采集一組數據后，在前次計算的基礎上對溫度補償系數進行增量更新；S3、在得到初始溫度補償系數或增量更新后的溫度補償系數后，根據當前的溫度補償系數計算傳感器的靜態輸出補償量數據和補償后的傳感器輸出數值。

在一些實施例中，采用擬合法計算初始溫度補償系數

在一些實施例中，在采用擬合法時，通過使誤差最小的算法求得擬合系數。

在一些實施例中，使最小是通過求解多元函數的極值問題來解決的。

在一些實施例中，求解多元函數的極值問題時，通過求導數將公式變成多元一次方程，通過矩陣法求解。

在一些實施例中，采用擬合法計算初始溫度補償系數時，用最小二乘算法將傳感器的靜態偏置輸出數據擬合成溫度的二次曲線并保證誤差最小；其中，溫度補償系數有三個，初始溫度補償系數的計算是通過計算最低三組數據從而求得二次曲線的三個系數。

在一些實施例中，進行增量計算時，本次矩陣就可以通過上一次的矩陣同當前數據的加法運算獲得。

在一些實施例中，在增量更新時，引入下述中間變量：

其中t為當前采集到的溫度數據，y為傳感器的數據。

在一些實施例中，確認所述靜止狀態的方法包括如下步驟：采用滑動窗口數據方差作為判斷，如果當前傳感器的輸出數據數據方差小于某一特定值，則認為其處于靜止狀態。

在一些實施例中，所述滑動窗口的采樣窗口的數據個數n取值為2的倍數。

本發明還提出一種MEMS傳感器數據處理方法，采用上述的方法進行溫度補償。