[發明專利]一種MEMS傾角儀標定補償方法

在審

• 申請號: 202011392795.7
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112683304A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 王雨萌
• 申請（專利權）人: 北京開拓航宇導控科技有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 孫娜

本發明公開了一種MEMS傾角儀的標定補償方法。主要步驟如下：首先，將MEMS傾角儀通過標定工裝安裝在轉臺上；其次，按照預定方案控制轉臺，完成對MEMS傾角儀的標定；再其次，采用高階擬合的方法獲取相應的標定參數并固化到MEMS傾角儀內部；最后，通過擬合算法結合加權處理給出實時測量的載體傾角。本發明公布高階擬合方法能量化MEMS加速度計測量值與傾角的對應關系，并結合加權傾角值范圍給出不同加速度計測量值的權重因子，能夠有效提高MEMS傾角儀的測量精度，簡化標定過程，便于大批量實施。

技術領域

本發明涉及慣性測量技術領域，涉及一種MEMS傾角儀，具體為一種高精度MEMS傾角儀快速標定補償方法。

背景技術

傾角儀主要用于實時測量空間域中載體相對于已知基準的絕對角度及時間域中載體不同時刻與自身的相對角度。角度測量是一個非常重要的幾何量觀測功能，在工業自動化如工業機器人位置姿態檢測、工程建筑如大壩等建筑物傾斜監測、軍事自動化如火炮炮管射角檢測、汽車行業如汽車電子穩定控制器ESC、機械行業如工程機械設備調平等諸多領域有著非常廣泛的應用。典型應用場景如附圖2所示

近年來隨著MEMS(微機電系統，Micro-Electro Mechanical Systems)傳感器性能指標的快速提升，使得基于MEMS加速度計的新型傾角儀成為可能。

MEMS傾角儀的小體積、低功耗、低成本、易于批量生產、環境適應性強、高可靠等優點，在工業自動化、汽車電子等領域有非常大的優勢。

基于加速度計傾角儀測量原理是通過檢測在傾角方向的重力分量來計算傾角，如附圖3所示。

傾角儀中加速度計測量值滿足A_x＝g*sinθ；對應載體的傾角θ計算公式為θ＝arcsin(A_x/g)。由于加速度計輸出A_x與傾角θ的正弦關系是一種非線性函數，如附圖3所示。

傾角θ越小，測量精度越高；傾角θ越大，測量精度越差。

傾角儀內部MEMS加速度計的輸出噪聲大、非線性差等缺點導致常規標定方法不能很好的保證MEMS傾角儀測量精度，而且也不利于大批量生產。

本發明公布了一種能優化MEMS傾角儀全量程測量精度的快速標定方法。簡要的講就是通過高階擬合方法量化MEMS加速度計測量值與傾角的對應關系，并結合加權傾角值范圍給出不同加速度計測量值的權重因子，綜合后給出產品實時測量的載體傾角。

發明內容

本發明提供一種高精度MEMS傾角儀的快速標定方法。能優化MEMS傾角儀大量程的測量精度，易于大批量生產推廣使用。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種高精度MEMS傾角儀快速標定方法。具體的實施步驟如下：

第一步：將MEMS傾角儀通過標定工裝安裝在轉臺上，確保MEMS傾角儀與轉臺軸向保持一致，并符合MEMS傾角儀安裝誤差的要求；

第二步：將MEMS傾角儀開機預熱，并將轉臺上電，控制轉臺各軸向調至零位，將轉臺與MEMS傾角儀待標定軸對應軸向的控制模式設置為角位置模式；

第三步：控制相應轉臺軸向以0.05°的步長從-90°轉至+90°，每一個角位置處靜止保持5秒，在[-90°～+90°]的范圍內，記錄MEMS傾角儀輸出加速度值A_x和A_y及對應的與各個轉臺角位置點的數值；

第四步：由于傾角滿足θ＝arcsin(A_x/g)，針對MEMS傾角儀輸出的A_x與轉臺對應的θ進行高階擬合，采用最小二乘法計算擬合參數，得到如下關系式：