一种加速度计实现高精度倾角测量中的灵敏轴非正交补偿校正方法。针对加速度计灵敏轴之间的正交偏差和其不确定性导致在倾角应用中角度精度始终无法保障，本专利提出非正交值的计算方法和补偿校正方法实现高精度倾角计算：首先在垂直平面内设置四个两两垂直的校正位置点，通过夹角函数，在四个象限内，分别前后计算两灵敏轴对应于校正点的夹角，其差值即为非正交值，然后将非正交值补偿引入倾角计算方程式校正，可得到高精度倾角值。此方法修正了灵敏轴的非正交偏离，在加速度计实现倾角测量中极大程度提高和保障了角度的精度。
1.一种加速度计实现倾角应用中的补偿校正方法，其特征为包含如下步骤：
1.2计算灵敏轴的非正交值即正交偏离值，包括如下过程：
1.2.1将加速度计固定在垂直平面内，在第一象限内，当X灵敏轴到达第一校正位置点
0°记录X灵敏轴的输出值，当其转到第二校正位置点90°时，记录Y灵敏轴的输出值；
1.2.2在第一校正点，计算X灵敏轴与校正位置点0°的夹角6，在第二校正点，计算Y灵敏轴与校正位置点180°的夹角ψ；
如上方法过程中，其特征包括一方程式：非 正交 角 α1＝ arcsin[(Ax-Xoffset)/Xsensitivity]-arcsin[(Ay-Yoffset)/Ysensitivity]；
其中Ax，Ay：加速度计灵敏轴X轴和Y轴输出的重力加速度值；
Xoffset，Yoffset：X轴和Y轴的零点漂移值；
Xsensitivity，Ysensitivity：X轴和Y轴的灵敏度；
2.权利要求1中的方法，步骤1.3特征包括如下方程式：其中倾角β：β1，β2，β3，β4，β5，β6，β7，β8是四个象限八个区内的各自的倾角角度；
非正交值(正交偏离角度)α：α1，α2，α3，α4是四个象限内各自的非正交角；
Ax，Ay：加速度计灵敏轴X轴和Y轴输出的重力加速度值；
2.1β1＝atan[Ax÷Ay×cos(α1)]；
2.2β2＝π/2-atan[Ay÷Ax×cos(α1)]+α；
2.3β3＝π/2+atan[Ay÷Ax×cos(α2)]+α；
2.4β4＝π-atan[Ax÷Ay×cos(α2)]；
2.5β5＝π+atan[Ax÷Ay×cos(α3)]；
2.6β6＝3π/2+α-atan[Ay÷Ax×cos(α3)]；
2.7β7＝3π/2+α+atan[Ay÷Ax×cos(α4)]；
2.8β8＝2π一atan[Ax÷Ay×cos(α4)]。
3.权利要求1中的方法，步骤1.1特征包括垂直平面内四个校正位置点设置：0°，
4.权利要求1中的方法，步骤1.4特征包括垂直平面内四个检验位置点选择：45°，
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
技术领域
[0001] 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
[0002] 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：
[0003] 采用θ＝tan-1(Ax÷Ay)
[0004] Ax：为x灵敏轴上的重力加速度值
[0005] Ay：为Y灵敏轴上的重力加速度值
[0006] θ：为倾斜角
[0007] 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
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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
[0011] 图1：角度与加速度输出之间的关系；
[0012] 图2：加速度校正位置图；
[0013] 图3：第一象限内倾角计算示意图。
具体实施方式
[0014] 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。
[0015] 校正设备：
[0016] 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°)。
[0017] 校正过程：
[0018] 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。
[0019] 灵敏轴非正交值(正交偏离值)计算过程：如图2
[0020] 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。
[0021] 计算第一象限内的非正交角：
[0022] 第一校正点处：
[0023] δ＝arcsin[(Ax-Xoffset)/Xsensitivity]
[0024] 其中：δ：X灵敏轴与校正位置点——0°的夹角
[0025] Xoffset：X轴灵敏度的零点值(已知)
[0026] Xsensitivity：X轴灵敏度的灵敏度(已知)
[0027] Ax：X轴输出的加速度值(由输出可得知)
[0028] 第二校正点处：
[0029] ψ＝arcsin[(Ay-Yoffset)/Ysensitivity]
[0030] 其中：ψ：Y灵敏轴与校正位置点——180°的夹角
[0031] Yoffset：Y轴灵敏度的零点值(已知)
[0032] Ysensitivity：Y轴灵敏度的灵敏度(已知)
[0033] Ay：Y轴输出的加速度值(由输出可得知)
[0034] 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：
[0035] α1＝δ-ψ
[0036] 同理，可求其它四个象限的非正交角：α2；α3；α4。
[0037] 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.
[0038] 倾角计算过程：
[0039] 特别说明：
[0040] 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；
[0041] 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。
[0042] 象限一：0°～(90°+α°)如图3
[0043] A：0°～45°范围内的角度计算法：
[0044] 传统的计算方式：
[0045] tg(β′)＝Ax÷Ay＝Ax÷Ay
[0046] 其中Ax：为x灵敏轴上的重力加速度值；
[0047] Ay：为Y灵敏轴上的重力加速度值；
[0048] β′：为倾角。
[0049] 引入非正交补偿后，
[0050] tg(β)＝Ax÷Ay′＝Ax÷[Ay÷cos(α)]＝Ax÷Ay×cos(α)；
[0051] β＝atan[Ax÷Ay×cos(α)]
[0052] 其中Ax：为x灵敏轴上的重力加速度值；
[0053] Ay：为Y灵敏轴上的重力加速度值；
[0054] Ay′：为将Y灵敏轴上的重力加速度投影到与X轴正交的重力加速度值；
[0055] β：为补偿校正后的倾斜角。
[0056] 上面对比，明显可见，不考虑正交角，倾角精度会收到其影响，且不稳定。
[0057] 下面为第一象限内第二区间内，引入非正交补偿后的倾角计算方法：
[0058] B：45°～(90°+α°)范围内的倾斜角度计算法：
[0059] β＝π/2-atan[Ay÷Ax×cos(α)]+α
[0060] 同理，可求得其他三个象限内的倾斜角度。
[0061] 象限二：(90°+α°)～180°
[0062] C：(90°+α°)～135°范围内的角度计算法：
[0063] β＝atan[Ay÷Ax×cos(α)]+α+π/2。
[0064] D：135°～180°范围内的角度计算法：
[0065] β＝π-atan[Ax÷Ay×cos(α)]。
[0066] 象限三：180°～(270°+α°)
[0067] E：180°～225°范围内的角度计算法：
[0068] β＝π+atan[Ax÷Ay×cos(α)]
[0069] F：225°～(270°+α°)范围内的角度计算法：
[0070] β＝3π/2+α-atan[Ay÷Ax×cos(α)]
[0071] 象限四：(270°+α°)～360°
[0072] G：(270°+α°)～315°范围内的角度计算法：
[0073] β＝3π/2+α+atan[Ay÷Ax×cos(α)]
[0074] H：315°～360°范围内的角度计算法：
[0075] y′＝y÷cos(α)cos(α)＝y÷y′
[0076] β＝2π-atan[Ax÷Ay×cos(α)]
[0077] 检验方法：
[0078] 选择2个灵敏轴受力相近的位置点作为测量点，其检验效果最明显。(由于其它位置由于其中的一根灵敏轴收到的重力加速度减小，补偿后的偏差也就小)，因此把这4个点(45°，135°，225°，315°)作为检验测量位置，来检查非正交补偿校正后的倾角精度结果。
[0079] 本发明从根本原理上解决了加速度计的非正交偏差值的计算方法和补偿后的倾角计算方法，大幅度提高和保障了倾角角度精度，可应用于各种对精度要求高的领域，比如高端工程装备，精密加工，工业自动化，医疗设备等。
