注解目录
1、倾斜传感器的那些基础干货
1.1 典型应用场景
（危楼、边坡、古建筑都是对倾斜敏感的。）
1.2 倾斜传感器的原理
1.2.1 滚珠式倾斜开关
1.2.2 加速度式倾斜传感器
1)直接输出倾角
2)加速度计算倾角
3)倾角精度的提高
（如果没看懂，振南教你个好办法：再看一遍。）
2、倾斜传感器温漂校准的基础知识
2.1 温漂产生的根源
（万物皆受温度影响。振南给你讲讲“调皮的尺子”。）
2.2 温漂的真实例子
（某项目的奇怪现象，一到中午数据就乱跳。亮一下壮观而精密的自动化校准装置。）
3、静态温控的实现与温补装置的迭代
3.1 制冷原理
（振南告诉你如何对传感器温漂校准。温度控制不难，但是不允许有振动，你作得到吗？）
3.2 静态温度控制
3.2.1 TEC 制冷
3.2.2 散热方案
3.2.3 倾角温补校准装置设计方案
3.2.4 多级 TEC 制冷
3.2.5 物理制冷
3.2.6 半导体制热
3.2.7 温控策略
3.2.8 多路温度的同步控制
（如何安静的制冷？TEC 及阵列、水冷、干冰、铝注冷技术、PTC、保温材料、比热容、热阻，还有温控算法，这些你应该了解一下。）
4、倾角校准与数据拟合
4.1 倾角校准装置的构成
4.2 倾角温补校准与数据拟合
4.3 分段校准的质疑
（多阶拟合算法，还有开源的 Polyfit 方案。来看看最终效果：温度乱舞，传感器却无波动。）
5、其它细节
5.1 真值的读取
5.2 规避震动干扰
5.3 克服地面不平问题
5.4 减震设计
（万事的成败在于细节。）
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倾角校准与数据拟合
4.1 倾角校准装置的构成
先来看一下整套校准装置的总体框图,如图 16.38 所示。
图16.38 自动化倾角温补校准装置总体框图
图 16.38 中所包含的内容比较多,我们来梳理一下,如表 16.2 所列。
整套装置线缆比较多,从图 16.35 就可见一斑。
整个温控及校准操作都由上位机完成,振南开发的上位机软件如图 16.39 所示
图16.39 自动化倾角温补校准装置上位机软件
4.2 倾角温补校准与数据拟合
倾角温补校准的前提是先将每一个温区内的标准倾角与原始倾角的一系列的双轴倾角值采集到，具体流程如图 16.40 所示。
我们采集到的数据如图16.41所示(单独某个轴的数据)。
可以看到传感器的原始倾角值与标准倾角是一一对应的。在本章最前面振南讲过,校准的实质就是建立一张对应表固化到传感器中,这张表是很大的,所以我们才花了如此大的力气来做自动化温补校准装置。
有人可能会有一个疑问:“一个温度段对应于一张表,我采到一个原始倾角,就从表里查找相应的标准倾角,如图 16.42 所示。我采到的这个原始倾角应该不会正好落在表中的原始倾角上，那么它对应的标准倾角应该怎么取呢?按比例线性的取吗?”按比例线性取值是不合适的.更好的办法是对这些数据进行多项式拟合,这样可以构造出两点之间的数据趋势,依趋势取数将会使结果更接近于真值。
多项式我们选用 4 阶多项式,形如下式
到这里,有很多人都问过一个问题:“为什么要用 4 阶多项式来进行拟合?是不是阶数越高,拟合精度越高呢?”答案是否定的,我试过用5 阶,甚至更高阶多项式去拟合,结果反而是错
误的，也许这就是所谓的过拟合。其实多项式拟合,就是确定多项式的系数，使得倾角采样点在多项式曲线上的均方差最小。这样一个温度段的倾角对应表,就可以仅仅使用 5 个系数来表达了,这也非常适合于单片机的存储。实际计算校正后倾角的过程是.先采集温度,确定使用哪一个多项式,然后将采到的原始倾角代人到多项式中,最终得到校准后的倾角。这个倾角值应该是高精度的,而且比较稳定,不会随着温度变化而产生漂移。
图16.40 双轴倾角温补校准数据采集过程
图16.41 单独某轴的标准倾角与原始倾角值
图16.42 单独某轴的标
4.3 分段校准的质疑
以上所描述的其实是传感器的分段校准,是行业内普遍使用的方法。它在同一个温度段内，使用固定的一个多项式来计算。
对于这种方法我们的一个博士提出了质疑:“一个温度段都只用一个固定的多项式来计算,那在这个温度区间内还是消除不了温漂,最明显的就是在两个温区接缝的地方会产生跳跃!”
我说:“确实,其实这种方法是一种工程近似,只要这个接缝处的跳跃不大,我们姑且还是可以接受的。”
跳跃大不大.那得用数据来说话,所以我做了如下的实验,如图 16.43 所示。
请看下面的曲线.如图 16.44 所示。
博士是对的,我也承认,在各温区的交界处确实会产生温度跳跃。但是这个跳跃的幅度在士0.02°以内,对于一般的高精度需求是满足的。但是如果非要较这个真儿.非要求精度为十0.01°,甚至士0.005°或士0.002°,这就不行了。
我们需要为每一个温度点构造相应的拟合多项式,但这实际上是不现实的。就算我们的温控可以精确控制在每一个温度点上,整体的校准效率也难以忍受。切实可行的做法是,从每个温区固定系数的多项式衍生出每一个温度点的多项式。应该说这种方法一定是可行的,但
图16.43 固定角度全温段角度采集实验
图16.44 固定角度全温角度曲线
是这种衍生系数的算法我还没有深入研究。
博士也认为这是可行的,只是有一定的难度。他开始联合算法部的工程师在解决这个问题。
