一種基于最小二乘的光纖陀螺溫控裝置溫度系數(shù)標定方法
【專利摘要】本發(fā)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(shù)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(shù)據(jù)采集，除去溫度數(shù)值不是恒定值的虛擬溫度數(shù)據(jù)，利用最小二乘算法分別對三組虛擬溫度數(shù)據(jù)進行擬合，在滿足擬合誤差指標同時得到溫度系數(shù)，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(yīng)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(fā)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(shù)標定方法
技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明屬于光纖巧螺溫度控制領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置 溫度系數(shù)標定方法。
【背景技術(shù)】 光纖巧螺作為慣性導(dǎo)航中的理想器件，具有全固態(tài)、可靠性高、可瞬時啟動、無機械轉(zhuǎn) 動部件、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，成為當今船舶慣性導(dǎo)航領(lǐng)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(xué)器件的性能受 溫度因素影響很大，由于光纖環(huán)中存在溫度梯度效應(yīng)，產(chǎn)生的熱量會導(dǎo)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(tǒng)對光纖巧螺儀的工作環(huán)境進行恒溫 控制，解決溫度因素對光纖巧螺內(nèi)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(xiàn)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(shè)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(wěn)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(shù)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(yīng) 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(shù)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(fā)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(wěn) 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(guān)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(jié)果進行補償校 正，本發(fā)明提出一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數(shù)標定方法，通過重新標定 溫度系數(shù)，W達到更高的測溫精度的測溫需求。

【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)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(shù)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(shù)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(shù)據(jù)采集，采集虛擬溫度數(shù)據(jù)t分鐘，計 算機接收并保存虛擬溫度數(shù)據(jù)； 步驟取另外2組阻值不同的固定阻值電阻B、C，重復(fù)步驟二進行虛擬溫度數(shù)據(jù)采集； 步驟四：將得到的3組虛擬溫度數(shù)據(jù)中溫度數(shù)值不是恒定值的虛擬溫度數(shù)據(jù)去除，只保 留數(shù)值恒定的虛擬溫度數(shù)據(jù)并保存成txt格式； 步驟五：導(dǎo)入得到的3組txt格式的虛擬溫度數(shù)據(jù)，通過最小二乘算法分別對3組txt格 式的虛擬溫度數(shù)據(jù)進行擬合，得到溫度系數(shù);若擬合誤差小于等于〇.〇3°C，則保存得到的溫 度系數(shù)，實現(xiàn)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(shù)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(shù)進行測試； 再次運行系統(tǒng)，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(yīng)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(fā)明一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數(shù)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(lián)組成。 2、 基于最小二乘擬合算法，采用數(shù)據(jù)擬合的方式對溫度系數(shù)進行標定，溫度數(shù)據(jù)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(yīng)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(shù)。 3、 固定阻值電阻對應(yīng)的標準溫度值由銷電阻阻值與溫度值的對應(yīng)關(guān)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(shù)標定方法，能實現(xiàn)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(guān)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(shù)標定方法，操作簡單、易于實現(xiàn)，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(huán)境溫度的 穩(wěn)定性，有利于提高其輸出數(shù)據(jù)的精度。 (3) 基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數(shù)標定方法，不受周圍環(huán)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(shù)標定方法，在進行溫度系數(shù)初步標定 時，若擬合誤差大于〇.〇3°C則可W協(xié)助判定溫控裝置測溫電路是否出現(xiàn)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(shù)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(jié)果圖。
【具體實施方式】 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明 本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)基于最小二乘算法的光纖巧螺溫控裝置溫度系數(shù)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(guān)系的問題，通過標定 得到高精度的溫度系數(shù)。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(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的:一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數(shù)標定方 法實現(xiàn)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(shù)據(jù)采集，采集虛擬溫度數(shù)據(jù)5分鐘，計算機 利用溫度數(shù)據(jù)接收軟件接收并保存虛擬溫度數(shù)據(jù)；
[0008]所設(shè)及的固定阻值電阻由阻值不同的高精度電阻通過串、并聯(lián)組成； (3) 取另外2組阻值不同的固定阻值電阻B、C，重復(fù)步驟(2)進行虛擬溫度數(shù)據(jù)采集，得 到3組虛擬溫度數(shù)據(jù);將得到的3組虛擬溫度數(shù)據(jù)中溫度數(shù)值不是恒定值的虛擬溫度數(shù)據(jù)去 除，只保留數(shù)值恒定的虛擬溫度數(shù)據(jù)并保存成txt格式； (4) 運行MATLAB軟件，導(dǎo)入步驟(3)中得到的3組txt格式的虛擬溫度數(shù)據(jù)，通過最小二 乘算法分別對3組txt格式的虛擬溫度數(shù)據(jù)進行擬合，得到溫度系數(shù);若擬合誤差小于等于 0.03 °C，則保存得到的溫度系數(shù)，實現(xiàn)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(shù)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(shù)進行測試； 再次運行系統(tǒng)，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(yīng)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(jù)的準則是使擬合誤差的平方和達到最小，采用數(shù)據(jù)擬合 的方式對溫度系數(shù)進行標定，溫度數(shù)據(jù)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(yīng)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(shù)。 固定阻值電阻對應(yīng)的標準溫度值由銷電阻阻值與溫度值的對應(yīng)關(guān)系計算得到。 本發(fā)明設(shè)及一種基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數(shù)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(shù)據(jù)采集，除去溫度數(shù)值不是恒定值的虛擬溫度數(shù)據(jù)并保存成 txt格式，運行MATLAB軟件分別導(dǎo)入3組虛擬溫度數(shù)據(jù)，利用最小二乘算法分別對S組虛擬 溫度數(shù)據(jù)進行擬合，在滿足擬合誤差指標同時得到溫度系數(shù)，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(yīng)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(fā)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(jié)果圖。在對測量得到的虛擬溫 度數(shù)據(jù)和固定電阻值對應(yīng)的標準溫度數(shù)據(jù)使用最小二乘算法進行數(shù)據(jù)擬合時發(fā)現(xiàn):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(fā)明在使用最小二乘算法對溫度數(shù) 據(jù)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(nèi)對應(yīng)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(yīng)關(guān)系計算得到固定電阻值所對應(yīng)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(shù)據(jù)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(shù)。 如圖1所示，本發(fā)明所述的基于最小二乘的光纖巧螺溫控裝置溫度系數(shù)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(shù)據(jù)采集，由于光纖巧螺的工作環(huán)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(nèi)的 溫度數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)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(yīng)的環(huán)境溫度值女
根據(jù)溫度傳感器PtlOOO電阻值與溫度值的對應(yīng)關(guān)系在20°C~40°C范圍內(nèi)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(yīng)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(shù)據(jù)5分鐘，計算機利用溫度數(shù)據(jù)接收 軟件接收并保存虛擬溫度數(shù)據(jù)； 所設(shè)及的固定阻值電阻由阻值不同的高精度電阻通過串、并聯(lián)組成； (3) 取另外2組阻值不同的固定阻值電阻B、C，重復(fù)步驟(2)進行虛擬溫度數(shù)據(jù)采集，得 到3組虛擬溫度數(shù)據(jù);將得到的3組虛擬溫度數(shù)據(jù)中溫度數(shù)值不是恒定值的虛擬溫度數(shù)據(jù)去 除，只保留數(shù)值恒定的虛擬溫度數(shù)據(jù)并保存成txt格式； 將步驟(3)中得到txt格式的虛擬溫度數(shù)據(jù)進行平均，得到的測溫結(jié)果如下表所示：
(4) 運行MATLAB軟件，導(dǎo)入步驟(3)中得到的3組txt格式的虛擬溫度數(shù)據(jù)，通過最小二 乘算法分別對3組txt格式的虛擬溫度數(shù)據(jù)進行擬合，得到溫度系數(shù);若擬合誤差小于等于 0.03 °C，則保存得到的溫度系數(shù)，實現(xiàn)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(shù)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(shù)進行測試； 再次運行系統(tǒng)，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(yīng)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(quán)項】
1. 一種基于最小二乘的光纖陀螺溫控裝置溫度系數(shù)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(shù)據(jù)采集，采集虛擬溫度數(shù)據(jù)t分鐘，計 算機接收并保存虛擬溫度數(shù)據(jù)； 步驟三:取另外2組阻值不同的固定阻值電阻B、C，重復(fù)步驟二進行虛擬溫度數(shù)據(jù)采集； 步驟四：將得到的3組虛擬溫度數(shù)據(jù)中溫度數(shù)值不是恒定值的虛擬溫度數(shù)據(jù)去除，只保 留數(shù)值恒定的虛擬溫度數(shù)據(jù)并保存成txt格式； 步驟五：導(dǎo)入得到的3組txt格式的虛擬溫度數(shù)據(jù)，通過最小二乘算法分別對3組txt格 式的虛擬溫度數(shù)據(jù)進行擬合，得到溫度系數(shù);若擬合誤差小于等于0.03Γ，則保存得到的溫 度系數(shù)，實現(xiàn)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(shù)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(shù)進行測試； 再次運行系統(tǒng)，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(yīng)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(jù)權(quán)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(shù)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(lián)組成。3. 根據(jù)權(quán)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(shù)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(shù)據(jù)擬合的方式對溫度系數(shù)進行標定，溫 度數(shù)據(jù)擬合表達式為式中，1>灘表示固定阻值電阻所對應(yīng)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(shù)。4. 根據(jù)權(quán)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(shù)標定方 法，其特征在于：固定阻值電阻對應(yīng)的標準溫度值由鉑電阻阻值與溫度值的對應(yīng)關(guān)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(fā)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(xué)