微机械陀螺仪的温度补偿方法及装置与流程

1.本发明涉及微机械陀螺仪的温度误差补偿技术领域，具体而言，涉及一种微机械陀螺仪的温度补偿方法及装置。


背景技术：

2.微机械陀螺仪(micro electro mechanical systems，简称mems)，即微电子机械系统，其体积小、重量轻、抗冲击性能好、功耗低。但因为生产工艺等因素，mems陀螺零偏值随温度变化产生较大变化，且随温度变化而变化的趋势是随机的，从而引起较大的测量误差。
3.针对上述相关技术中微机陀螺仪由于生产工艺因素，造成微机陀螺仪零偏值随温度变化容易产生较大变化，从而容易引起较大测量误差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种微机械陀螺仪的温度补偿方法及装置，以至少解决相关技术中微机陀螺仪由于生产工艺因素，造成微机陀螺仪零偏值随温度变化容易产生较大变化，从而容易引起较大测量误差的技术问题。
5.根据本发明实施例的一个方面，提供了一种微机械陀螺仪的温度补偿方法，包括：通过基准电压芯片为微机械陀螺仪mems供电，其中，所述基准电压芯片设置于所述mems陀螺仪的外围电路中；通过信号采集电路采集所述mems陀螺仪的输出数据，并将所述输出数据传输至数据处理电路，其中，所述输出数据包括所述mems陀螺仪的温度值；利用所述数据处理电路以及温度修正曲线对所述输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值。
6.可选地，在通过信号采集电路采集所述mems陀螺仪的输出数据，并将所述输出数据传输至数据处理电路之前，该微机械陀螺仪的温度补偿方法还包括：利用所述信号采集电路中的模数转换芯片对所述输出数据进行数据转换，得到转换后的输出数据，其中，所述模数转换芯片使用外置电源进行供电。
7.可选地，该微机械陀螺仪的温度补偿方法还包括：在所述数据处理电路接收到所述输出数据后，从预定存储介质调取所述温度修正曲线，其中，所述预定存储介质外置于所述数据处理电路的微控制器芯片。
8.可选地，该微机械陀螺仪的温度补偿方法还包括：在向所述预定存储介质存储所述温度修正曲线时，利用数字滤波器对所述输出数据进行滤波处理。
9.可选地，利用所述数据处理电路以及温度修正曲线对所述输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值，包括：启动所述数据处理电路中的微控制器芯片；利用所述微控制器芯片并结合所述温度修正曲线对所述输出数据进行处理，得到补偿后的角速度值。
10.可选地，在利用所述数据处理电路以及温度修正曲线对所述输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值之前，该微机械陀螺仪的温度补偿方法还包括：对所述mems陀螺
仪进行预处理；其中，对所述mems陀螺仪进行预处理，包括：以第一预定温度值对所述mems陀螺仪进行老化处理第一预定时长，以使得所述mems陀螺仪以及所述基准电压芯片在预定时间段内进入平稳期；在所述第一预定时长达到后，以预定温度变化速度对所述mems陀螺仪进行高低温循环老化处理第二预定时长。
11.根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种微机械陀螺仪的温度补偿装置，包括：供电单元，用于通过基准电压芯片为微机械陀螺仪mems供电，其中，所述基准电压芯片设置于所述mems陀螺仪的外围电路中；采集单元，用于通过信号采集电路采集所述mems陀螺仪的输出数据，并将所述输出数据传输至数据处理电路，其中，所述输出数据包括所述mems陀螺仪的温度值；温度补偿单元，用于利用所述数据处理电路以及温度修正曲线对所述输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值。
12.可选地，该微机械陀螺仪的温度补偿装置还包括：转换单元，用于在通过信号采集电路采集所述mems陀螺仪的输出数据，并将所述输出数据传输至数据处理电路之前，利用所述信号采集电路中的模数转换芯片对所述输出数据进行数据转换，得到转换后的输出数据，其中，所述模数转换芯片使用外置电源进行供电。
13.可选地，该微机械陀螺仪的温度补偿装置还包括：调取单元，用于在所述数据处理电路接收到所述输出数据后，从预定存储介质调取所述温度修正曲线，其中，所述预定存储介质外置于所述数据处理电路的微控制器芯片。
14.可选地，该微机械陀螺仪的温度补偿装置还包括：滤波单元，用于在向所述预定存储介质存储所述温度修正曲线时，利用数字滤波器对所述输出数据进行滤波处理。
15.可选地，所述温度补偿单元，包括：启动模块，用于启动所述数据处理电路中的微控制器芯片；处理模块，用于利用所述微控制器芯片并结合所述温度修正曲线对所述输出数据进行处理，得到补偿后的角速度值。
16.可选地，该微机械陀螺仪的温度补偿装置还包括：预处理单元，用于在利用所述数据处理电路以及温度修正曲线对所述输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值之前，对所述mems陀螺仪进行预处理；其中，所述预处理单元，包括：第一老化模块，用于以第一预定温度值对所述mems陀螺仪进行老化处理第一预定时长，以使得所述mems陀螺仪以及所述基准电压芯片在预定时间段内进入平稳期；第二老化模块，用于在所述第一预定时长达到后，以预定温度变化速度对所述mems陀螺仪进行高低温循环老化处理第二预定时长。
17.根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述计算机存储介质所在设备执行上述中任一项所述的微机械陀螺仪的温度补偿方法。
18.根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行计算机程序，其中，所述计算机程序运行时执行上述中任一项所述的微机械陀螺仪的温度补偿方法。
19.在本发明实施例中，通过基准电压芯片为微机械陀螺仪mems供电，其中，基准电压芯片设置于mems陀螺仪的外围电路中；通过信号采集电路采集mems陀螺仪的输出数据，并将输出数据传输至数据处理电路，其中，输出数据包括mems陀螺仪的温度值；利用数据处理电路以及温度修正曲线对输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值。通过本发明实施例提供的微机械陀螺仪的温度补偿方法，实现了对mems陀螺仪进行温度补偿的目的，达
到了降低mems陀螺仪测量误差的技术效果，进而解决了相关技术中微机陀螺仪由于生产工艺因素，造成微机陀螺仪零偏值随温度变化容易产生较大变化，从而容易引起较大测量误差的技术问题。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1是根据本发明实施例的微机械陀螺仪的温度补偿方法的流程图；
22.图2是根据本发明实施例的meme陀螺仪外围电路的框架图；
23.图3是根据本发明实施例的微机械陀螺仪的温度补偿方法的框架图；
24.图4是根据本发明实施例的微机械陀螺仪的温度补偿装置的示意图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.实施例1
28.根据本发明实施例，提供了一种微机械陀螺仪的温度补偿方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
29.图1是根据本发明实施例的微机械陀螺仪的温度补偿方法的流程图，如图1所示，该微机械陀螺仪的温度补偿方法包括如下步骤：
30.步骤s102，通过基准电压芯片为微机械陀螺仪mems供电，其中，基准电压芯片设置于mems陀螺仪的外围电路中。
31.由于mems陀螺仪模拟信号输出幅值变化与其敏感轴感受的角速度相关，输出电压信号与角速度关系典型值为9mv/(
°
/s)；假设v
bo
为mems陀螺仪输出零偏电压，陀螺仪静止时有v
bo
＝v
io
/2，所以一个稳定的v
io
电压，有助于提高该陀螺的零偏稳定性。
32.另外，mems陀螺仪内部微机械环节的工作特性，同样决定着零偏输出特性。即使在同样的温度环境下，微机械环节的工作特性也会随着时间而变化，固定零偏的修正数据与
实际所需产生越来越大的差距，最终导致零偏过大而不满足测量需要。
33.因此，在本发明实施例中，结合mems陀螺仪零偏误差产生的特性，不仅需要找到一个与温度无关的稳定的v
io
，使得v
bo
只与微机械环节有关；还需要一个加速老化环节，使得在进行温度补偿时，微机械环境尽可能工作于特性稳定期。
34.其中，稳定的v
io
在mems陀螺仪外围电路中实现，并紧密工作于mems芯片周围，减小其他噪声的引入；在外围电路中，使用基准电压芯片作为v
io
电压源。基准电压芯片广泛使用于模拟-数字转换电路中，具有良好的温度特性，可以为模拟电路提供稳定的电压基准。图2是根据本发明实施例的meme陀螺仪外围电路的框架图，如图2所示，可以在外围电路中设置基准电压芯片以为mems陀螺仪提供电源。
35.步骤s104，通过信号采集电路采集mems陀螺仪的输出数据，并将输出数据传输至数据处理电路，其中，输出数据包括mems陀螺仪的温度值。
36.步骤s106，利用数据处理电路以及温度修正曲线对输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值。
37.由上可知，在本发明实施例中，可以通过基准电压芯片为微机械陀螺仪mems供电，其中，基准电压芯片设置于mems陀螺仪的外围电路中；通过信号采集电路采集mems陀螺仪的输出数据，并将输出数据传输至数据处理电路，其中，输出数据包括mems陀螺仪的温度值；利用数据处理电路以及温度修正曲线对输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值，实现了对mems陀螺仪进行温度补偿的目的，达到了降低mems陀螺仪测量误差的技术效果。
38.因此，通过本发明实施例提供的微机械陀螺仪的温度补偿方法，解决了相关技术中微机陀螺仪由于生产工艺因素，造成微机陀螺仪零偏值随温度变化容易产生较大变化，从而容易引起较大测量误差的技术问题。
39.需要说明的是，在本发明实施例中，基准电压芯片推荐电路中，基准电压芯片的输出电压需经过缓冲器输出给模拟器件(或电路)，用于提高电流驱动能力；然而，在本发明实施例中，去除了缓冲器，仅保留基本分离元器件，陶瓷电容等。缓冲器本质是一棵运算放大器，高电流驱动能力的运算放大器具有较大的失调电压，失调电压同样会跟随温度变换而变换化。运算放大器的存在，为mems陀螺仪修正环节引入了新的干扰源。根据本发明实施例使用的电压基准芯片的驱动能力，大小为
±
10ma，而vio所需要的电流约为1ma，电压基准芯片具备足够的驱动能力。
40.可选地，在通过信号采集电路采集mems陀螺仪的输出数据，并将输出数据传输至数据处理电路之前，该微机械陀螺仪的温度补偿方法还包括：利用信号采集电路中的模数转换芯片对输出数据进行数据转换，得到转换后的输出数据，其中，模数转换芯片使用外置电源进行供电。
41.其中，在本发明实施例中，mems陀螺仪可以使用的模数转换芯片，集成模拟前端电路，减小电路使用面积的同时，保证了各个通道的模拟前端电路的稳定性与一致性。虽然模数转换芯片内部集成基准电压源，但是为了提高模拟-数字转换的稳定性，使用一颗外置的电压基准芯片，以提供更稳定的电压基准。
42.可选地，该微机械陀螺仪的温度补偿方法还可以包括：在数据处理电路接收到输出数据后，从预定存储介质调取温度修正曲线，其中，预定存储介质外置于数据处理电路的
微控制器芯片。
43.其中，在数字处理电路中，使用的微控制器芯片，基于cortex-m3内核，120mhz主频，64kb sram，512kb flash存储器满足温度补偿算法的要求；集成ssp接口满足与ad7606的通讯需要；集成i2c接口满足eeprom芯片的需要；集成uart接口满足对外通讯的需要。mems陀螺的温度修正软件，编写于微控制芯片内部。eeprom芯片用于存储温度修正曲线，eeprom外置，使得微控制与eeprom的选择性更多，更容易得到较大的存储容量。并且大容量存储空间有利于温度修正曲线的细化，可以更好的拟合实际曲线。
44.可选地，该微机械陀螺仪的温度补偿方法还包括：在向预定存储介质存储温度修正曲线时，利用数字滤波器对输出数据进行滤波处理。
45.即，由于mems陀螺仪输出的数据噪声较大，可以认为在v
bo
电压上叠加了高斯白噪声，将这个高斯白噪声量化，换算成角速度大约为
±
0.5
°
/s。在获取温度补偿曲线时，需要去除噪声的影响，得到v
bo
的直流分量。所以在获取温度补偿曲线时，在本发明实施例中的嵌入式软件内设计了数字低通滤波器，特别的，由于数字滤波器带宽很低(0.05hz)，为了避免温度数据与v
bo
数据相位分离而带来温度曲线偏离实际值的问题，使得温度采样数据同时通过同样的数字滤波器，保证了两种数据输出的相位一致。
46.可选地，利用数据处理电路以及温度修正曲线对输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值，包括：启动数据处理电路中的微控制器芯片；利用微控制器芯片并结合温度修正曲线对输出数据进行处理，得到补偿后的角速度值。
47.可选地，在利用数据处理电路以及温度修正曲线对输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值之前，该微机械陀螺仪的温度补偿方法还可以包括：对mems陀螺仪进行预处理；其中，对mems陀螺仪进行预处理，包括：以第一预定温度值对mems陀螺仪进行老化处理第一预定时长，以使得mems陀螺仪以及基准电压芯片在预定时间段内进入平稳期；在第一预定时长达到后，以预定温度变化速度对mems陀螺仪进行高低温循环老化处理第二预定时长。
48.例如，mems陀螺仪进行温度补偿之前，需要进行高温老化，80℃下175小时，使得mems芯片、电压基准芯片快速进入平稳期。之后进行72小时高低温循环，升降温速度控制在0.5℃/min，使得各个环节(芯片与电路板之间、电路板与结构件之间)应力得到释放。通过该过程，使得微机械环节与角速度输出尽可能的只与温度相关，减少随机环节(温度变化引起的应力不均衡、芯片输出特性随时间增加而收敛)。同时，高温老化、高低温循环可以对各个电路进行简单筛选，提前剔除不合格品，提高温度补偿之后的成品率。
49.图3是根据本发明实施例的微机械陀螺仪的温度补偿方法的框架图，如图3所示，可以设置mems陀螺仪的外围电路以为mems陀螺仪提供稳定的工作电源，并利用信号采集电路采集mems陀螺仪的温度数据并处理后传输至数据处理电路，通过数据处理电路处理后得到修正数据并输出。
50.通过本发明实施例提供的微机械陀螺仪的温度补偿方法，结合mems陀螺仪的特性，设计了一种温度补偿方法，减小了由于温度变化而造成的陀螺零偏不稳定性，也减小了测量误差。
51.实施例2
52.根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种微机械陀螺仪的温度补偿装
置，图4是根据本发明实施例的微机械陀螺仪的温度补偿装置的示意图，如图4所示，该微机械陀螺仪的温度补偿装置可以包括：供电单元41、采集单元43以及温度补偿单元45。下面对该微机械陀螺仪的温度补偿装置进行说明。
53.供电单元41，用于通过基准电压芯片为微机械陀螺仪mems供电，其中，基准电压芯片设置于mems陀螺仪的外围电路中。
54.采集单元43，用于通过信号采集电路采集mems陀螺仪的输出数据，并将输出数据传输至数据处理电路，其中，输出数据包括mems陀螺仪的温度值。
55.温度补偿单元45，用于利用数据处理电路以及温度修正曲线对输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值。
56.此处需要说明的是，上述供电单元41、采集单元43以及温度补偿单元45对应于实施例1中的步骤s102至s106，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
57.由上可知，在本发明实施例中，可以利用供电单元通过基准电压芯片为微机械陀螺仪mems供电，其中，基准电压芯片设置于mems陀螺仪的外围电路中；然后利用采集单元通过信号采集电路采集mems陀螺仪的输出数据，并将输出数据传输至数据处理电路，其中，输出数据包括mems陀螺仪的温度值；并利用温度补偿单元利用数据处理电路以及温度修正曲线对输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值。通过本发明实施例提供的微机械陀螺仪的温度补偿装置，实现了对mems陀螺仪进行温度补偿的目的，达到了降低mems陀螺仪测量误差的技术效果，解决了相关技术中微机陀螺仪由于生产工艺因素，造成微机陀螺仪零偏值随温度变化容易产生较大变化，从而容易引起较大测量误差的技术问题。
58.在一种可选的实施例中，该微机械陀螺仪的温度补偿装置还包括：转换单元，用于在通过信号采集电路采集mems陀螺仪的输出数据，并将输出数据传输至数据处理电路之前，利用信号采集电路中的模数转换芯片对输出数据进行数据转换，得到转换后的输出数据，其中，模数转换芯片使用外置电源进行供电。
59.在一种可选的实施例中，该微机械陀螺仪的温度补偿装置还包括：调取单元，用于在数据处理电路接收到输出数据后，从预定存储介质调取温度修正曲线，其中，预定存储介质外置于数据处理电路的微控制器芯片。
60.在一种可选的实施例中，该微机械陀螺仪的温度补偿装置还包括：滤波单元，用于在向预定存储介质存储温度修正曲线时，利用数字滤波器对输出数据进行滤波处理。
61.在一种可选的实施例中，温度补偿单元，包括：启动模块，用于启动数据处理电路中的微控制器芯片；处理模块，用于利用微控制器芯片并结合温度修正曲线对输出数据进行处理，得到补偿后的角速度值。
62.在一种可选的实施例中，该微机械陀螺仪的温度补偿装置还包括：预处理单元，用于在利用数据处理电路以及温度修正曲线对输出数据进行温度补偿，得到补偿后的角速度值之前，对mems陀螺仪进行预处理；其中，预处理单元，包括：第一老化模块，用于以第一预定温度值对mems陀螺仪进行老化处理第一预定时长，以使得mems陀螺仪以及基准电压芯片在预定时间段内进入平稳期；第二老化模块，用于在第一预定时长达到后，以预定温度变化速度对mems陀螺仪进行高低温循环老化处理第二预定时长。
63.实施例3
64.根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序被处理器运行时控制计算机存储介质所在设备执行上述中任一项的微机械陀螺仪的温度补偿方法。
65.实施例4
66.根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行计算机程序，其中，计算机程序运行时执行上述中任一项的微机械陀螺仪的温度补偿方法。
67.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
68.在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
69.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
70.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
71.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
72.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
73.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。