專利名稱：氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及載體的傾角測量技術領域，具體而言，涉及一種氣流式傾角傳感器靈 敏度溫度漂移補償電路及方法。
背景技術：
在現(xiàn)代傳感技術中，氣流式傾角傳感器利用自然對流氣體在密閉腔體中的“擺”特 性，制成對傾角敏感的傳感器。其敏感機理是基于自然對流原理，用于測量和控制載體的傾 角，在導彈、飛機、艦船、機器人、車輛、建筑、交通、石油鉆探等技術領域中應用廣泛。圖1為相關技術中氣流式傾角傳感器的基本機構示意圖。如圖1所示，氣流式傾角 的基本機構包括一個內含氣體的密閉腔體，其內有兩熱敏絲巧、r2對稱地固定在腔體中， 其中，密閉腔體和熱敏絲組成了其關鍵敏感結構。上述傳感器基本工作原理如下在水平狀 態(tài)時，氣體在密閉腔中受熱源加熱，形成穩(wěn)定的自然對流場。兩熱敏絲處于場中等溫處，故 由熱敏絲參與組成的電橋將保持平衡。密閉腔體傾斜時，自然對流氣體力圖保持在原來的 方向(即具有擺的特性)，兩熱敏絲的幾何位置(在溫度場的位置)相應改變，處于溫度場 的不同溫度點，熱敏絲阻值改變，電橋平衡被打破。于是，利用熱敏絲相對于對流場位置的 變化，即可得到與傾角成正比的輸出信號。在實際應用中，隨著環(huán)境溫度的變化，氣流式傾角傳感器的輸出特性(例如靈敏 度特性)會隨環(huán)境溫度產生漂移。抑制環(huán)境溫度引起的輸出特性漂移的方法包括恒溫法和 補償法。恒溫法是將測量系統(tǒng)至于恒溫環(huán)境下，從根本上消除溫度變化引起的漂移，從而保 證測量系統(tǒng)的精確和穩(wěn)定；補償法是根據(jù)事先一致的輸出特性與溫度的變化規(guī)律，以某種 特定的手段獲取一個與測量信號的溫度漂移規(guī)律相應的補償信息，利用該信息取締傳感器 輸出信號中的溫度漂移部分。目前，補償法主要包括模擬電路硬件補償和數(shù)字軟件補償，其中，硬件補償法是在 傳感器的測量電路中加入包含熱敏元件的補償網(wǎng)絡，當溫度變化時，電路能自動扣除傳感 器原始信號中的溫度漂移誤差量，從而使傳感器的輸出信號穩(wěn)定；軟件補償法是借助計算 機技術，利用事先取得的不同環(huán)境溫度下的傳感器輸出特性去修正當前所獲得的數(shù)據(jù)。硬件補償對于線性或低階非線性誤差可以有較好的效果，但對，如非線性環(huán)境溫 度影響，補償就很難實現(xiàn)。采用單片機數(shù)字軟件補償技術校正溫度影響，其方法是對傾角傳 感器的敏感信號進行模/數(shù)轉換后，根據(jù)建立的數(shù)字處理模型，利用數(shù)字系統(tǒng)進行實時處 理，實現(xiàn)相關參數(shù)的數(shù)字補償。數(shù)字軟件補償是對靈敏度曲線進行實時校正，也是一種事后 補償方式，而且，在對響應時間要求高的系統(tǒng)中會碰到更多的困難。
發(fā)明內容
針對相關技術中硬件補償易受非線性環(huán)境溫度影響，補償很難實現(xiàn)，以及數(shù)字軟 件補償由于是事后補償方式，受響應時間限制的問題而提出本發(fā)明，為此，本發(fā)明的主要目 的在于提供一種氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路及方法，以解決上述問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路。根據(jù)本發(fā)明的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路包括恒定的供電電 源、熱源電阻和熱敏電阻，其中，熱源電阻和熱敏電阻串聯(lián)連接；當熱敏電阻的阻值隨環(huán)境 溫度改變而改變，在恒定的供電電源供電的情況下，用于調節(jié)熱源電阻的電壓；熱源電阻的 溫度隨熱源電阻的電壓改變而改變，用于保持熱源電阻的溫度與環(huán)境溫度的差值不變。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了 一種氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償 方法。根據(jù)本發(fā)明的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償方法包括采用恒定的供電 電源供電，將熱敏電阻與熱源電阻串聯(lián)連接。在環(huán)境溫度改變的情況下，通過熱敏電阻調節(jié) 熱源的溫度，保持熱源與環(huán)境的溫差保持不變。通過本發(fā)明，通過熱敏電阻調節(jié)熱源的溫度，保持熱源與環(huán)境的溫差保持不變，解 決了相關技術中硬件補償在非線性環(huán)境溫度影響下，補償很難實現(xiàn)，以及數(shù)字軟件補償由 于是事后補償方式，受響應時間限制的問題，當環(huán)境溫度改變時，使得氣流式傾角傳感器電 橋繼續(xù)保持平衡，保持流場相似，達到減小環(huán)境溫度影響的目的，且易于實現(xiàn)，并可以實現(xiàn) 靈敏度溫度漂移的主動補償，不受響應時間限制。
此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖1為相關技術中氣流式傾角傳感器的基本機構示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路示 意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償方法的流程 圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償方法的 流程圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償前后的靈敏 度與溫度關系示意圖。
具體實施例方式功能概述考慮到硬件補償在非線性環(huán)境溫度影響下，補償很難實現(xiàn)，以及數(shù)字軟件補償由 于是事后補償方式，受響應時間限制的問題，本發(fā)明實施例提供了采用恒定的供電電源供 電，將熱敏電阻與熱源電阻串聯(lián)連接。通過熱敏電阻調節(jié)熱源的溫度，保持熱源與環(huán)境的溫 差保持不變，實現(xiàn)靈敏度溫度漂移的主動補償?shù)募夹g方案。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。
方法實施例根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了 一種氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路。圖2為氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路示意圖。如圖2所示，根據(jù)本 發(fā)明實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路包括恒定的供電電源(供電電 壓為V)、熱源電阻R^和熱敏電阻其中，上述熱源電阻Rig和上述熱敏電阻串聯(lián)連 接；當熱敏電阻“，的阻值隨環(huán)境溫度改變而改變，在恒定的供電電源供電的情況下，用于 調節(jié)熱源電阻&的電壓；熱源電阻1^，的溫度隨熱源電阻1^，的電壓改變而改變，用于保 持熱源電阻1^，的溫度與環(huán)境溫度的差值不變。優(yōu)選地，上述熱敏電阻R總，可以由負溫系數(shù)電阻NTC5D與恒定阻值的電阻R并聯(lián) 組成。其中，熱敏電阻的阻值是由負溫系數(shù)電阻NTC5D與恒定阻值電阻R經過適當?shù)?計算得出。如圖3所示，圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂 移補償電路示意圖。圖2中的由負溫系數(shù)電阻NTC5D與恒定阻值的電阻R代替，兩者并 聯(lián)組成R,&。通過上述實施例，提供了氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路設計方案， 該可以解決相關技術中硬件補償在非線性環(huán)境溫度影響下，補償很難實現(xiàn)，以及數(shù)字軟件 補償由于是事后補償方式，受響應時間限制的問題，電路設計簡單易行，可以提高氣流式傾 角傳感器的性能(例如，靈敏度)和適用范圍(例如，環(huán)境溫度)。圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償方法的流程 圖。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償方法包括以 下步驟(步驟S401-步驟S403)步驟S401 采用恒定的供電電源供電，將熱敏電阻與熱源電阻串聯(lián)連接；步驟S403 在環(huán)境溫度改變的情況下，通過熱敏電阻調節(jié)熱源的溫度，保持熱源 與環(huán)境的溫差保持不變。在具體實施過程中，由于外界環(huán)境溫度的變化，會導致熱源溫度與環(huán)境溫度的差 值發(fā)生變化，從而導致流場的變化，使氣流式傾角傳感器輸出性能(例如，靈敏度)發(fā)生變 化。通過熱敏電阻調節(jié)熱源的溫度，利用粘性流體力學的相似律，熱源與環(huán)境溫度的溫差保 持不變，保持流場相似，減小環(huán)境溫度影響的目的。圖5為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償方法的 流程圖。如圖5所示，在上述步驟S403具體實施過程中，可以包括以下步驟(步驟S4031-步 驟 S4035)步驟S4031 在環(huán)境溫度改變的情況下，所述熱敏電阻的阻值隨所述環(huán)境溫度而 改變，所述熱敏電阻的電壓隨所述阻值而改變；步驟S4033 在所述恒定的供電電源供電的情況下，所述熱源電阻的電壓隨所述 熱敏電阻的電壓改變而改變；步驟S4035 所述熱源電阻的溫度隨所述熱源電阻的電壓改變而改變。圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償前后的靈敏 度與溫度關系示意圖。如圖6所示，本發(fā)明實施例的氣流式傾角傳感器在傾角為10°，環(huán)境 溫度變化范圍為-20°C -30°C，補償前，靈敏度受環(huán)境溫度影響較大，即溫度增大，靈敏度 降低。補償后，靈敏度受環(huán)境溫度影響較小，隨環(huán)境溫度改變較小，基本維持在0.8mv°左右。通過該實施例，氣流式傾角傳感電橋輸出補償后與補償前相比，靈敏度隨環(huán)境溫 度的漂移減少達72%以上。由此可得當環(huán)境溫度不斷發(fā)生變化時，利用自然對流的流動 相似率，通過保持熱源溫度和環(huán)境溫度的差不變，從而靈敏度受環(huán)境溫度影響較小，減小了 靈敏度溫度漂移，可以實現(xiàn)靈敏度溫度漂移的主動補償，提高了氣流式傾角傳感器的穩(wěn)定 性。綜上所述，通過本發(fā)明的上述實施例，提供的氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移 補償方案，通過熱敏電阻調節(jié)熱源的溫度，保持熱源與環(huán)境的溫差保持不變，當環(huán)境溫度改 變時，使得氣流式傾角傳感器電橋繼續(xù)保持平衡，保持流場相似，達到減小環(huán)境溫度影響的 目的，可以實現(xiàn)靈敏度溫度漂移的主動補償，不受響應時間限制。根據(jù)粘性流體力學的相似 率的理論依據(jù)，溫度漂移補償電路設計簡單易行，可以提高氣流式傾角傳感器的穩(wěn)定性。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路，其特征在于，所述電路包括恒定的供電電源、熱源電阻和熱敏電阻，其中，所述熱源電阻和所述熱敏電阻串聯(lián)連接；當所述熱敏電阻的阻值隨環(huán)境溫度改變而改變，在所述恒定的供電電源供電的情況下，用于調節(jié)熱源電阻的電壓；所述熱源電阻的溫度隨所述熱源電阻，的電壓改變而改變，用于保持所述熱源電阻的溫度與所述環(huán)境溫度的差值不變。
2.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于，所述熱敏電阻由負溫系數(shù)電阻與恒定阻 值電阻并聯(lián)組成。
3.一種氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償方法，應用于包括恒定的供電電源、熱 源電阻和熱敏電阻的電路，其特征在于，所述方法包括采用恒定的供電電源供電，將所述熱敏電阻與所述熱源電阻串聯(lián)連接。在環(huán)境溫度改變的情況下，通過所述熱敏電阻調節(jié)所述熱源的溫度，保持所述熱源與 所述環(huán)境的溫差保持不變。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述通過所述熱敏電阻調節(jié)所述熱源的 溫度，保持所述熱源與所述環(huán)境的溫差保持不變進一步包括在環(huán)境溫度改變的情況下，所述熱敏電阻的阻值隨所述環(huán)境溫度而改變，所述熱敏電 阻的電壓隨所述阻值而改變；在所述恒定的供電電源供電的情況下，所述熱源電阻的電壓隨所述熱敏電阻的電壓改 變而改變；所述熱源電阻的溫度隨所述熱源電阻的電壓改變而改變。
全文摘要
本發(fā)明公開了氣流式傾角傳感器靈敏度溫度漂移補償電路及方法。在上述電路中，熱源電阻和熱敏電阻串聯(lián)連接；當熱敏電阻的阻值隨環(huán)境溫度改變而改變，在恒定的供電電源供電的情況下，用于調節(jié)熱源電阻的電壓；熱源電阻的溫度隨熱源電阻，的電壓改變而改變，用于保持熱源電阻的溫度與環(huán)境溫度的差值不變。根據(jù)本發(fā)明提供的技術方案，當環(huán)境溫度改變時，使得氣流式傾角傳感器電橋繼續(xù)保持平衡，保持流場相似，可以達到減小環(huán)境溫度影響的目的，且易于實現(xiàn)，并可以實現(xiàn)靈敏度溫度漂移的主動補償，不受響應時間限制。
文檔編號G01C1/00GK101893437SQ20091014326
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權日2009年5月22日
發(fā)明者田楊萌, 鄭永紅 申請人:北京信息工程學院