专利名称：气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路及方法
技术领域：
本发明涉及载体的倾角测量技术领域，具体而言，涉及一种气流式倾角传感器灵 敏度温度漂移补偿电路及方法。
背景技术：
在现代传感技术中，气流式倾角传感器利用自然对流气体在密闭腔体中的“摆”特 性，制成对倾角敏感的传感器。其敏感机理是基于自然对流原理，用于测量和控制载体的倾 角，在导弹、飞机、舰船、机器人、车辆、建筑、交通、石油钻探等技术领域中应用广泛。图1为相关技术中气流式倾角传感器的基本机构示意图。如图1所示，气流式倾角 的基本机构包括一个内含气体的密闭腔体，其内有两热敏丝巧、r2对称地固定在腔体中， 其中，密闭腔体和热敏丝组成了其关键敏感结构。上述传感器基本工作原理如下在水平状 态时，气体在密闭腔中受热源加热，形成稳定的自然对流场。两热敏丝处于场中等温处，故 由热敏丝参与组成的电桥将保持平衡。密闭腔体倾斜时，自然对流气体力图保持在原来的 方向(即具有摆的特性)，两热敏丝的几何位置(在温度场的位置)相应改变，处于温度场 的不同温度点，热敏丝阻值改变，电桥平衡被打破。于是，利用热敏丝相对于对流场位置的 变化，即可得到与倾角成正比的输出信号。在实际应用中，随着环境温度的变化，气流式倾角传感器的输出特性(例如灵敏 度特性)会随环境温度产生漂移。抑制环境温度引起的输出特性漂移的方法包括恒温法和 补偿法。恒温法是将测量系统至于恒温环境下，从根本上消除温度变化引起的漂移，从而保 证测量系统的精确和稳定；补偿法是根据事先一致的输出特性与温度的变化规律，以某种 特定的手段获取一个与测量信号的温度漂移规律相应的补偿信息，利用该信息取缔传感器 输出信号中的温度漂移部分。目前，补偿法主要包括模拟电路硬件补偿和数字软件补偿，其中，硬件补偿法是在 传感器的测量电路中加入包含热敏元件的补偿网络，当温度变化时，电路能自动扣除传感 器原始信号中的温度漂移误差量，从而使传感器的输出信号稳定；软件补偿法是借助计算 机技术，利用事先取得的不同环境温度下的传感器输出特性去修正当前所获得的数据。硬件补偿对于线性或低阶非线性误差可以有较好的效果，但对，如非线性环境温 度影响，补偿就很难实现。采用单片机数字软件补偿技术校正温度影响，其方法是对倾角传 感器的敏感信号进行模/数转换后，根据建立的数字处理模型，利用数字系统进行实时处 理，实现相关参数的数字补偿。数字软件补偿是对灵敏度曲线进行实时校正，也是一种事后 补偿方式，而且，在对响应时间要求高的系统中会碰到更多的困难。
发明内容
针对相关技术中硬件补偿易受非线性环境温度影响，补偿很难实现，以及数字软 件补偿由于是事后补偿方式，受响应时间限制的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目 的在于提供一种气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路及方法，以解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路。根据本发明的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路包括恒定的供电电 源、热源电阻和热敏电阻，其中，热源电阻和热敏电阻串联连接；当热敏电阻的阻值随环境 温度改变而改变，在恒定的供电电源供电的情况下，用于调节热源电阻的电压；热源电阻的 温度随热源电阻的电压改变而改变，用于保持热源电阻的温度与环境温度的差值不变。根据本发明的另一个方面，还提供了 一种气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿 方法。根据本发明的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿方法包括采用恒定的供电 电源供电，将热敏电阻与热源电阻串联连接。在环境温度改变的情况下，通过热敏电阻调节 热源的温度，保持热源与环境的温差保持不变。通过本发明，通过热敏电阻调节热源的温度，保持热源与环境的温差保持不变，解 决了相关技术中硬件补偿在非线性环境温度影响下，补偿很难实现，以及数字软件补偿由 于是事后补偿方式，受响应时间限制的问题，当环境温度改变时，使得气流式倾角传感器电 桥继续保持平衡，保持流场相似，达到减小环境温度影响的目的，且易于实现，并可以实现 灵敏度温度漂移的主动补偿，不受响应时间限制。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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。在附图中图1为相关技术中气流式倾角传感器的基本机构示意图。图2为根据本发明实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路示意图；图3为根据本发明优选实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路示 意图；图4为根据本发明实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿方法的流程 图；图5为根据本发明优选实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿方法的 流程图；图6为根据本发明实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿前后的灵敏 度与温度关系示意图。
具体实施例方式功能概述考虑到硬件补偿在非线性环境温度影响下，补偿很难实现，以及数字软件补偿由 于是事后补偿方式，受响应时间限制的问题，本发明实施例提供了采用恒定的供电电源供 电，将热敏电阻与热源电阻串联连接。通过热敏电阻调节热源的温度，保持热源与环境的温 差保持不变，实现灵敏度温度漂移的主动补偿的技术方案。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
方法实施例根据本发明的实施例，提供了 一种气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路。图2为气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路示意图。如图2所示，根据本 发明实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路包括恒定的供电电源(供电电 压为V)、热源电阻R^和热敏电阻其中，上述热源电阻Rig和上述热敏电阻串联连 接；当热敏电阻“，的阻值随环境温度改变而改变，在恒定的供电电源供电的情况下，用于 调节热源电阻&的电压；热源电阻1^，的温度随热源电阻1^，的电压改变而改变，用于保 持热源电阻1^，的温度与环境温度的差值不变。优选地，上述热敏电阻R总，可以由负温系数电阻NTC5D与恒定阻值的电阻R并联 组成。其中，热敏电阻的阻值是由负温系数电阻NTC5D与恒定阻值电阻R经过适当的 计算得出。如图3所示，图3为根据本发明优选实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂 移补偿电路示意图。图2中的由负温系数电阻NTC5D与恒定阻值的电阻R代替，两者并 联组成R,&。通过上述实施例，提供了气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路设计方案， 该可以解决相关技术中硬件补偿在非线性环境温度影响下，补偿很难实现，以及数字软件 补偿由于是事后补偿方式，受响应时间限制的问题，电路设计简单易行，可以提高气流式倾 角传感器的性能(例如，灵敏度)和适用范围(例如，环境温度)。图4为根据本发明实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿方法的流程 图。如图4所示，根据本发明实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿方法包括以 下步骤(步骤S401-步骤S403)步骤S401 采用恒定的供电电源供电，将热敏电阻与热源电阻串联连接；步骤S403 在环境温度改变的情况下，通过热敏电阻调节热源的温度，保持热源 与环境的温差保持不变。在具体实施过程中，由于外界环境温度的变化，会导致热源温度与环境温度的差 值发生变化，从而导致流场的变化，使气流式倾角传感器输出性能(例如，灵敏度)发生变 化。通过热敏电阻调节热源的温度，利用粘性流体力学的相似律，热源与环境温度的温差保 持不变，保持流场相似，减小环境温度影响的目的。图5为根据本发明优选实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿方法的 流程图。如图5所示，在上述步骤S403具体实施过程中，可以包括以下步骤(步骤S4031-步 骤 S4035)步骤S4031 在环境温度改变的情况下，所述热敏电阻的阻值随所述环境温度而 改变，所述热敏电阻的电压随所述阻值而改变；步骤S4033 在所述恒定的供电电源供电的情况下，所述热源电阻的电压随所述 热敏电阻的电压改变而改变；步骤S4035 所述热源电阻的温度随所述热源电阻的电压改变而改变。图6为根据本发明实施例的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿前后的灵敏 度与温度关系示意图。如图6所示，本发明实施例的气流式倾角传感器在倾角为10°，环境 温度变化范围为-20°C -30°C，补偿前，灵敏度受环境温度影响较大，即温度增大，灵敏度 降低。补偿后，灵敏度受环境温度影响较小，随环境温度改变较小，基本维持在0.8mv°左右。通过该实施例，气流式倾角传感电桥输出补偿后与补偿前相比，灵敏度随环境温 度的漂移减少达72%以上。由此可得当环境温度不断发生变化时，利用自然对流的流动 相似率，通过保持热源温度和环境温度的差不变，从而灵敏度受环境温度影响较小，减小了 灵敏度温度漂移，可以实现灵敏度温度漂移的主动补偿，提高了气流式倾角传感器的稳定 性。综上所述，通过本发明的上述实施例，提供的气流式倾角传感器灵敏度温度漂移 补偿方案，通过热敏电阻调节热源的温度，保持热源与环境的温差保持不变，当环境温度改 变时，使得气流式倾角传感器电桥继续保持平衡，保持流场相似，达到减小环境温度影响的 目的，可以实现灵敏度温度漂移的主动补偿，不受响应时间限制。根据粘性流体力学的相似 率的理论依据，温度漂移补偿电路设计简单易行，可以提高气流式倾角传感器的稳定性。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路，其特征在于，所述电路包括恒定的供电电源、热源电阻和热敏电阻，其中，所述热源电阻和所述热敏电阻串联连接；当所述热敏电阻的阻值随环境温度改变而改变，在所述恒定的供电电源供电的情况下，用于调节热源电阻的电压；所述热源电阻的温度随所述热源电阻，的电压改变而改变，用于保持所述热源电阻的温度与所述环境温度的差值不变。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述热敏电阻由负温系数电阻与恒定阻 值电阻并联组成。
3.一种气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿方法，应用于包括恒定的供电电源、热 源电阻和热敏电阻的电路，其特征在于，所述方法包括采用恒定的供电电源供电，将所述热敏电阻与所述热源电阻串联连接。在环境温度改变的情况下，通过所述热敏电阻调节所述热源的温度，保持所述热源与 所述环境的温差保持不变。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述热敏电阻调节所述热源的 温度，保持所述热源与所述环境的温差保持不变进一步包括在环境温度改变的情况下，所述热敏电阻的阻值随所述环境温度而改变，所述热敏电 阻的电压随所述阻值而改变；在所述恒定的供电电源供电的情况下，所述热源电阻的电压随所述热敏电阻的电压改 变而改变；所述热源电阻的温度随所述热源电阻的电压改变而改变。
全文摘要
本发明公开了气流式倾角传感器灵敏度温度漂移补偿电路及方法。在上述电路中，热源电阻和热敏电阻串联连接；当热敏电阻的阻值随环境温度改变而改变，在恒定的供电电源供电的情况下，用于调节热源电阻的电压；热源电阻的温度随热源电阻，的电压改变而改变，用于保持热源电阻的温度与环境温度的差值不变。根据本发明提供的技术方案，当环境温度改变时，使得气流式倾角传感器电桥继续保持平衡，保持流场相似，可以达到减小环境温度影响的目的，且易于实现，并可以实现灵敏度温度漂移的主动补偿，不受响应时间限制。
文档编号G01C1/00GK101893437SQ20091014326
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者田杨萌, 郑永红 申请人:北京信息工程学院