[发明专利]加速度计实现倾角测量应用中的灵敏轴非正交补偿校正方法

说明书

技术领域

本专利是有关加速度传感器的补偿校正方法，特别是是其倾角应用领域。 

背景技术

虽然加速度传感器本身无法保证X，Y灵敏轴的完全正交，会有不确定性的正交偏差，但是目前基于加速度传感器的倾角应用中，计算倾角时，由于没能准确计算出其灵敏轴非正交值，且采取精确的倾角计算方法，只得采用默认正交来近似计算倾角如下： 

采用θ＝tan^-1(Ax÷Ay) 

Ax：为x灵敏轴上的重力加速度值 

Ay：为Y灵敏轴上的重力加速度值 

θ：为倾斜角 

因此，采用此方法求得的倾角值，只有在0°，180°这2个位置可以得到正确的结果，其它位置，都会由于x，y灵敏轴的正交偏离和其不确定性，而引入非常大的倾角角度误差，无法保障稳定精度。 

发明内容

本发明的目的在于通过计算加速度计灵敏轴的非正交值即正交偏离值，正确计算倾斜角度，来大幅度地提高和保障加速度计在倾角应用的角度精度。 

本发明为加速度计倾角应中的非正交补偿校正的方法.包括非正交值的计算方法和倾角计算中的补偿校正方法。首先选择重力加速度灵敏度较高的四个两两正交的校正位置点，然后通过夹角函数分别计算出四个象限内的非正交值即每个象限内X，Y灵敏轴与对应的校正位置点的夹角差，最后将其导入补偿后倾角角度计算函数，得到校正倾角。 

本发明可借由如下具体详细的具体实施和附图说明进一步阐述. 

附图说明

图1：角度与加速度输出之间的关系； 

图2：加速度校正位置图； 

图3：第一象限内倾角计算示意图。 

具体实施方式

包括详细的校正方法，计算函数方法，校正设备，校正过程及检验方法的描述。 

校正设备： 

在垂直平面内，设置4个两两垂直的校正位置点(0°，90°，180°，270°)。和4个检验位置点(45°，135°，225°，315°)。 

校正过程： 

由图1可见，加速度传感器灵敏轴在指向重力加速度方向时(±90°)，灵敏度接近于0。校正时，采样位置必须避开低灵敏度位置。 

灵敏轴非正交值(正交偏离值)计算过程：如图2 

将加速度计固定在垂直平面，当X轴到达第一校正点——0°时，记录X轴的输出值。记录完成后，将传感器X轴转动至第二校正点——90°，记录Y轴的输出值。 

计算第一象限内的非正交角： 

第一校正点处： 

δ＝arcsin[(Ax-Xoffset)/Xsensitivity] 

其中：δ：X灵敏轴与校正位置点——0°的夹角 

Xoffset：X轴灵敏度的零点值(已知) 

Xsensitivity：X轴灵敏度的灵敏度(已知) 

Ax：X轴输出的加速度值(由输出可得知) 

第二校正点处： 

ψ＝arcsin[(Ay-Yoffset)/Ysensitivity] 

其中：ψ：Y灵敏轴与校正位置点——180°的夹角 

Yoffset：Y轴灵敏度的零点值(已知) 

Ysensitivity：Y轴灵敏度的灵敏度(已知) 

Ay：Y轴输出的加速度值(由输出可得知) 

由于第一校正点与第二校正点之间依靠机械加工精度保证的非正交角优于传感器本事的非正交角，因此，X轴与Y轴在第一象限内的非正交角α₁为： 

α₁＝δ-ψ 

同理，可求其它四个象限的非正交角：α₂；α₃；α₄。 

在非正交角已求出的情况下，将非正交角代入倾角计算方程. 

倾角计算过程： 

特别说明： 

α°为非正交角的角度制表示符号，α为非正交角的弧度制表示符号，α°＝α×180/π； 

特别说明：为了主要清楚说明倾角计算方法，故在此倾角计算过程非正交角使用同一符号α来说明，它不代表四个象限内非正交角α的值和计算过程是相同的(即为α₁，α₂，α₃，α₄)，正如之前非正交角的计算结果他们分别为：α₁，α₂，α₃，α₄；同理于补偿校正后的倾斜角β。