一種基于最小二乘的光纖陀螺溫控裝置溫度系數標定方法

一種基于最小二乘的光纖陀螺溫控裝置溫度系數標定方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于最小二乘的光纖陀螺溫控裝置溫度系數標定方法。將3組固定阻值電阻分別接入光纖陀螺溫控裝置測溫電路中，該固定電阻值作為光纖陀螺溫控裝置測溫電路輸入信號進行虛擬溫度數據采集，除去溫度數值不是恒定值的虛擬溫度數據，利用最小二乘算法分別對三組虛擬溫度數據進行擬合，在滿足擬合誤差指標同時得到溫度系數，最后利用固定電阻值作為光纖陀螺溫控裝置測溫電路的輸入進行測量，并與固定阻值電阻對應的標準溫度值進行比較，若誤差小于0.03℃則完成標定，否則需要檢查溫控裝置電路板并重新標校。本發明具有操作簡單、標定精確的特點，進而提高光纖陀螺測溫精度。
【專利說明】
-種基于最小二乘的光纖陀螺溫控裝置溫度系數標定方法
技術領域 本發明屬于光纖巧螺溫度控制領域，尤其設及一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置 溫度系數標定方法。
【背景技術】 光纖巧螺作為慣性導航中的理想器件，具有全固態、可靠性高、可瞬時啟動、無機械轉 動部件、結構簡單等優點，成為當今船舶慣性導航領域競爭力極強的新型巧螺儀。但是溫度 因素是光纖巧螺研制和工程化過程中亟需解決的重要課題，光纖巧螺中光學器件的性能受 溫度因素影響很大，由于光纖環中存在溫度梯度效應，產生的熱量會導致非互易性噪聲，嚴 重影響光纖巧螺的輸出精度。因此，采用溫度控制系統對光纖巧螺儀的工作環境進行恒溫 控制，解決溫度因素對光纖巧螺內部元器件的影響，從而提高光纖巧螺的輸出精度。對光纖 巧螺實現精確溫度控制的前提是保障測溫精度，然而在實際溫度測量電路中，由于很難保 證元器件電阻值與設計值完全吻合，而且元器件的不同特性、連接線路電阻、測溫電路供電 電源的穩定性、人為操作帶來的誤差等都會影響溫度測量電路的輸出，從而影響最終溫度 測量的精度，因此需要對溫度測量系數進行補償校正W便達到高精度輸出。 在眾多溫度測量方案中測溫電橋是比較常見的一種，它測量原理簡單、靈敏度高且應 用十分廣泛。測溫電橋的原理是把反映溫度變化的電阻等參數的變化換成電壓或電流的變 化，從而便于信號的放大和處理。本發明所提到的光纖巧螺溫控裝置溫度測量電路采用的 是恒壓源單臂電橋測溫電路，測溫電路中的溫度傳感器選用的是準確度高、測溫范圍廣、穩 定性好的銷電阻。然而電橋輸出電壓與銷電阻阻值變化不是線性關系，使得測溫計算變得 困難且精度不高，很難滿足高精度的測溫要求。因此，需要對電橋的測量結果進行補償校 正，本發明提出一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方法，通過重新標定 溫度系數，W達到更高的測溫精度的測溫需求。

【發明內容】
本發明的目的是提供一種能夠提高測溫精度的，于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度 系數標定方法。 一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方法，包括W下步驟： 步驟一:將光纖巧螺安裝在溫控裝置中； 步驟二:取固定阻值電阻A接入光纖巧螺溫控裝置測溫電路中，該固定電阻值作為光纖 巧螺溫控裝置測溫電路的輸入信號，進行虛擬溫度數據采集，采集虛擬溫度數據t分鐘，計 算機接收并保存虛擬溫度數據； 步驟取另外2組阻值不同的固定阻值電阻B、C，重復步驟二進行虛擬溫度數據采集； 步驟四：將得到的3組虛擬溫度數據中溫度數值不是恒定值的虛擬溫度數據去除，只保 留數值恒定的虛擬溫度數據并保存成txt格式； 步驟五：導入得到的3組txt格式的虛擬溫度數據，通過最小二乘算法分別對3組txt格 式的虛擬溫度數據進行擬合，得到溫度系數;若擬合誤差小于等于〇.〇3°C，則保存得到的溫 度系數，實現初步標定;若擬合誤差大于0.03 °C，則檢查溫控裝置電路板從步驟一重新開始 操作； 步驟六:將步驟五中初步標定得到的溫度系數重新編寫入光纖巧螺溫控裝置的單片機 中； 步驟屯:對步驟五中初步標定得到的溫度系數進行測試； 再次運行系統，利用固定阻值電阻A、B、C分別作為光纖巧螺溫控裝置測溫電路的輸入 信號，進行溫度測量;將測量的得到的3個虛擬溫度值分別與固定阻值電阻A、B、C對應的3個 標準溫度值進行比較，若溫度誤差小于等于〇.〇3°C則完成標定;若溫度誤差大于0.03°(：，貝。 檢查溫控裝置電路板并從步驟一開始重新標定。 本發明一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方法，還可W包括： 1、 固定阻值電阻由阻值不同的高精度電阻通過串、并聯組成。 2、 基于最小二乘擬合算法，采用數據擬合的方式對溫度系數進行標定，溫度數據擬合 表達式為:T椅隹=k* T廚R+b，式中，T椅隹表示固定阻值電阻所對應的標準溫度值，T廚R表示利用 固定電阻值作為光纖巧螺溫控裝置測溫電路的輸入信號測量得到的虛擬溫度值，k、b表示 標定得到的溫度系數。 3、 固定阻值電阻對應的標準溫度值由銷電阻阻值與溫度值的對應關系計算得到。 有益效果： (1) 基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方法，能實現對測溫電橋輸出的 電壓信號與銷電阻溫度傳感器電阻值之間非線性關系的有效補償，提高測溫電橋的輸出精 度。 (2) 基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方法，操作簡單、易于實現，在提 高測溫電路測溫精度的同時，間接提高了控溫精度，有效保障了光纖巧螺工作環境溫度的 穩定性，有利于提高其輸出數據的精度。 (3) 基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方法，不受周圍環境溫度影響，可 W在室溫條件下完成標定工作。 (4) 基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方法，在進行溫度系數初步標定 時，若擬合誤差大于〇.〇3°C則可W協助判定溫控裝置測溫電路是否出現故障。
【附圖說明】 圖1基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方法流程圖； 圖2基于最小二乘算法的測溫曲線擬合結果圖。
【具體實施方式】 下面將結合附圖對本發明做進一步詳細說明 本發明的目的在于提供一種實現基于最小二乘算法的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標 定方法，解決針對測溫電路輸出電壓和溫度傳感器電阻值不是線性關系的問題，通過標定 得到高精度的溫度系數。該方法操作簡單且大大提高了光纖巧螺溫控裝置測溫電路輸出電 壓和溫度傳感器電阻值的線性度，進而保障了測溫精度。 本發明的目的是運樣實現的:一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方 法實現步驟如下： (1) 將光纖巧螺安裝在溫控裝置中，同時將溫控程序下載到溫控裝置電路板的單片機 中； (2) 取固定阻值電阻A接入光纖巧螺溫控裝置測溫電路中，該固定電阻值作為光纖巧螺 溫控裝置測溫電路的輸入信號，進行虛擬溫度數據采集，采集虛擬溫度數據5分鐘，計算機 利用溫度數據接收軟件接收并保存虛擬溫度數據；
[0008]所設及的固定阻值電阻由阻值不同的高精度電阻通過串、并聯組成； (3) 取另外2組阻值不同的固定阻值電阻B、C，重復步驟(2)進行虛擬溫度數據采集，得 到3組虛擬溫度數據;將得到的3組虛擬溫度數據中溫度數值不是恒定值的虛擬溫度數據去 除，只保留數值恒定的虛擬溫度數據并保存成txt格式； (4) 運行MATLAB軟件，導入步驟(3)中得到的3組txt格式的虛擬溫度數據，通過最小二 乘算法分別對3組txt格式的虛擬溫度數據進行擬合，得到溫度系數;若擬合誤差小于等于 0.03 °C，則保存得到的溫度系數，實現初步標定;若擬合誤差大于0.03°C，則檢查溫控裝置 電路板從步驟(1)重新開始操作； (5) 將步驟(4)中初步標定得到的溫度系數重新編寫入光纖巧螺溫控裝置的溫控程序 中，并下載到溫控裝置電路板的單片機中； (6) 對步驟(4)中初步標定得到的溫度系數進行測試； 再次運行系統，利用固定阻值電阻A、B、C分別作為光纖巧螺溫控裝置測溫電路的輸入 信號，進行溫度測量;將測量的得到的3個虛擬溫度值分別與固定阻值電阻A、B、C對應的3個 標準溫度值進行比較，若溫度誤差小于等于〇.〇3°C則完成標定;若溫度誤差大于0.03°(：，貝。 檢查溫控裝置電路板并從步驟(1)開始重新標定。 基于最小二乘擬合算法所依據的準則是使擬合誤差的平方和達到最小，采用數據擬合 的方式對溫度系數進行標定，溫度數據擬合表達式為:A雕=k*T廚R+b，式中，T椅隹表示固定阻 值電阻所對應的標準溫度值，T廚R表示利用固定電阻值作為光纖巧螺溫控裝置測溫電路的 輸入信號測量得到的虛擬溫度值，k、b表示標定得到的溫度系數。 固定阻值電阻對應的標準溫度值由銷電阻阻值與溫度值的對應關系計算得到。 本發明設及一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方法，將3組固定阻 值電阻分別接入光纖巧螺溫控裝置測溫電路中，該固定電阻值作為光纖巧螺溫控裝置測溫 電路輸入信號進行虛擬溫度數據采集，除去溫度數值不是恒定值的虛擬溫度數據并保存成 txt格式，運行MATLAB軟件分別導入3組虛擬溫度數據，利用最小二乘算法分別對S組虛擬 溫度數據進行擬合，在滿足擬合誤差指標同時得到溫度系數，最后利用固定電阻值作為光 纖巧螺溫控裝置測溫電路的輸入進行測量，并與固定阻值電阻對應的標準溫度值進行比 較，若誤差小于〇.〇3°C則完成標定，否則需要檢查溫控裝置電路板并重新標校。本發明具有 操作簡單、標定精確的特點，進而提高光纖巧螺測溫精度。 如圖2所示，給出了基于最小二乘算法的測溫曲線擬合結果圖。在對測量得到的虛擬溫 度數據和固定電阻值對應的標準溫度數據使用最小二乘算法進行數據擬合時發現:擬合范 圍越小，線性度越強。因此采用分段線性擬合的方法。本發明在使用最小二乘算法對溫度數 據進行分段擬合時的具體做法如下：將測溫電路的測溫范圍分成幾個段，在每個分段的溫 度范圍內對應選取幾個不同阻值的固定電阻，首先測出其真實的電阻值，通過銷電阻溫度 傳感器電阻值與溫度值的對應關系計算得到固定電阻值所對應的標準溫度值T椅隹。再把固 定電阻值接入光纖巧螺溫控裝置測溫電路中，并作為測溫電路輸入信號測量得到虛擬溫度 值T廚R，Wt廚R為橫坐標，T椅t為縱坐標進行直線擬合。 溫度數據擬合表達式為:雅=k*T廚R+b，k、b表示標定得到的溫度系數。 如圖1所示，本發明所述的基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數標定方法包括 W下步驟： (1) 將光纖巧螺安裝在溫控裝置中，同時將溫控程序下載到溫控裝置電路板的單片機 中； (2) 取固定阻值電阻接入光纖巧螺溫控裝置測溫電路中，該固定電阻值作為光纖巧螺 溫控裝置測溫電路的輸入信號進行虛擬溫度數據采集，由于光纖巧螺的工作環境溫度范圍 一般為20°C~40°C之間，所W在采用最小二乘算法進行擬合時主要對20°C~40°C范圍內的 溫度數據進行數據擬合； 光纖巧螺溫控裝置測溫電路采用銷電阻PtlOOO作為溫度傳感器，其電阻變化率為 3.851 Q / °C，Pt 1000在(TC時的電阻值為1 k Q，溫度每變化rC其阻值變化3.851 Q。當銷電 阻PtlOOO的電阻值為RQ時，其對應的環境溫度值女
根據溫度傳感器PtlOOO電阻值與溫度值的對應關系在20°C~40°C范圍內選取3個阻值 分別為 1.10178化Q、1.131019kQ、1.151019kQ 的固定電阻值(阻值由Agilent3458A8i/2萬 用表測量），其對應的標準溫度值分別為26.125°C、33.70°C、38.865°C，并將該3個固定電阻 值作為測溫電路的輸入信號進行測量，采集虛擬溫度數據5分鐘，計算機利用溫度數據接收 軟件接收并保存虛擬溫度數據； 所設及的固定阻值電阻由阻值不同的高精度電阻通過串、并聯組成； (3) 取另外2組阻值不同的固定阻值電阻B、C，重復步驟(2)進行虛擬溫度數據采集，得 到3組虛擬溫度數據;將得到的3組虛擬溫度數據中溫度數值不是恒定值的虛擬溫度數據去 除，只保留數值恒定的虛擬溫度數據并保存成txt格式； 將步驟(3)中得到txt格式的虛擬溫度數據進行平均，得到的測溫結果如下表所示：
(4) 運行MATLAB軟件，導入步驟(3)中得到的3組txt格式的虛擬溫度數據，通過最小二 乘算法分別對3組txt格式的虛擬溫度數據進行擬合，得到溫度系數;若擬合誤差小于等于 0.03 °C，則保存得到的溫度系數，實現初步標定;若擬合誤差大于0.03°C，則檢查溫控裝置 電路板從步驟(1)重新開始操作； (5) 將步驟(4)中初步標定得到的溫度系數重新編寫入光纖巧螺溫控裝置的溫控程序 中，并下載到溫控裝置電路板的單片機中； (6) 對步驟(4)中初步標定得到的溫度系數進行測試； 再次運行系統，利用固定阻值電阻A、B、C分別作為光纖巧螺溫控裝置測溫電路的輸入 信號，進行溫度測量;將測量的得到的3個虛擬溫度值分別與固定阻值電阻A、B、C對應的3個 標準溫度值進行比較，若溫度誤差小于等于〇.〇3°C則完成標定;若溫度誤差大于0.03°(：，貝。 檢查溫控裝置電路板并從步驟(1)開始重新標定。
【主權項】
1. 一種基于最小二乘的光纖陀螺溫控裝置溫度系數標定方法，其特征在于:包括以下 步驟： 步驟一:將光纖陀螺安裝在溫控裝置中； 步驟二:取固定阻值電阻A接入光纖陀螺溫控裝置測溫電路中，該固定電阻值作為光纖 陀螺溫控裝置測溫電路的輸入信號，進行虛擬溫度數據采集，采集虛擬溫度數據t分鐘，計 算機接收并保存虛擬溫度數據； 步驟三:取另外2組阻值不同的固定阻值電阻B、C，重復步驟二進行虛擬溫度數據采集； 步驟四：將得到的3組虛擬溫度數據中溫度數值不是恒定值的虛擬溫度數據去除，只保 留數值恒定的虛擬溫度數據并保存成txt格式； 步驟五：導入得到的3組txt格式的虛擬溫度數據，通過最小二乘算法分別對3組txt格 式的虛擬溫度數據進行擬合，得到溫度系數;若擬合誤差小于等于0.03Γ，則保存得到的溫 度系數，實現初步標定;若擬合誤差大于〇. 03°C，則檢查溫控裝置電路板從步驟一重新開始 操作； 步驟六:將步驟五中初步標定得到的溫度系數重新編寫入光纖陀螺溫控裝置的單片機 中； 步驟七:對步驟五中初步標定得到的溫度系數進行測試； 再次運行系統，利用固定阻值電阻A、B、C分別作為光纖陀螺溫控裝置測溫電路的輸入 信號，進行溫度測量;將測量的得到的3個虛擬溫度值分別與固定阻值電阻A、B、C對應的3個 標準溫度值進行比較，若溫度誤差小于等于0.03Γ則完成標定;若溫度誤差大于0.03Γ，則 檢查溫控裝置電路板并從步驟一開始重新標定。2. 根據權利要求1所述的一種基于最小二乘的光纖陀螺溫控裝置溫度系數標定方法， 其特征在于:所述的固定阻值電阻由阻值不同的高精度電阻通過串、并聯組成。3. 根據權利要求1所述的一種基于最小二乘的光纖陀螺溫控裝置溫度系數標定方法， 其特征在于:所述的基于最小二乘擬合算法，采用數據擬合的方式對溫度系數進行標定，溫 度數據擬合表達式為式中，1>灘表示固定阻值電阻所對應的標準溫度值， T虛R表示利用固定電阻值作為光纖陀螺溫控裝置測溫電路的輸入信號測量得到的虛擬溫度 值，k、b表示標定得到的溫度系數。4. 根據權利要求1或3所述的一種基于最小二乘的光纖陀螺溫控裝置溫度系數標定方 法，其特征在于：固定阻值電阻對應的標準溫度值由鉑電阻阻值與溫度值的對應關系計算 得到。
【文檔編號】G01K15/00GK105953946SQ201610265826
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月26日
【發明人】程建華, 于天琦, 劉萍, 陳岱岱, 劉亞, 費再慧, 蔣國桉, 董楠楠, 于東偉, 劉柱
【申請人】哈爾濱工程大學