三轴加速度传感器的z敏感轴的校准算法

摘要

本发明涉及一种三轴加速度传感器的z敏感轴的校准算法，其包括有以下步骤。设定三轴加速度传感器的x，y，z三敏感轴的零点依次为bx，by，bz，灵敏度依次为sx，sy，sz，其单位为一个重力加速度，其中z轴的零点与灵敏度：bz、sz，由于其较差的准确度，在此将其视为未知数；设定公式：a*z2+b*z+c＝g(x，y) (1)以一个固定采样频率采样三轴加速度传感器在不同姿态静止状态下的3组原始数据：x1，y1，z1、x2，y2，z2、x3，y3，z3；代入公式(1)计算得到参数a，b，c的值，进而计算得到三轴加速度传感器z敏感轴真实的零点bz与灵敏度sz。

说明书

技术领域

本发明涉及一种三轴加速度传感器的z敏感轴的校准算法。

背景技术

目前三轴加速度传感器在消费电子中的普及率越来越高，随之而来其竞 争也越来越激烈。由此，三轴加速度传感器的成本压力越来越大。进而也就 导致了一些低成本的三轴加速度传感器越来越多的出现。

在一些低成本三轴加速度传感器中，x轴与y轴方向上的加速度敏感轴 性能参数(零点与灵敏度)一般能够得到保证，但是z敏感轴由于工艺等特 殊性，其性能会比x敏感轴与y敏感轴差很多。也就是说，其z敏感轴的零 点与灵敏度存在很大的误差和不稳定性。这会给使用带来很大的误差，有时 甚至无法满足实际的使用需求。

因此，在使用此类加速度传感器时，由于其较差的z敏感轴，会给后续 的计算和处理带来很多的误差和不确定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，现有低成本三轴加速度传感器的z敏感 轴性能较差，存在感应误差和不稳定性等缺陷。本发明旨在提供一种三轴加 速度传感器的z敏感轴校准算法，其可以对在使用过程中的三轴加速度传感 器误差较大的z敏感轴进行校准，得到其真实的零点与灵敏度，由此在不增 加工艺步骤和成本的情况下，提高三轴加速度传感器的性能。

为了解决上述技术问题，本发明所提出的技术方案是：

三轴加速度传感器的z敏感轴的校准算法，其包括有以下步骤：

设定三轴加速度传感器的x，y，z三敏感轴的零点依次为bx、by、bz， 灵敏度依次为sx、sy、sz，其单位为一个重力加速度，其中z轴的零点bz与 灵敏度sz由于其较差的准确度，在此将其视为未知数；

设定公式：

a*z²+b*z+c＝g(x，y)    (1)

其中：

$a=\frac{1}{{\mathrm{sz}}^2}$

$b=\frac{-2*\mathrm{bz}}{{\mathrm{sz}}^2}---\left(2\right)$

$c=\frac{{\mathrm{bz}}^2}{{\mathrm{sz}}^2}$

以一个固定采样频率采样三轴加速度传感器在不同姿态静止状态下的3 组原始数据：x₁，y₁，z₁、x₂，y₂，z₂、x₃，y₃，z₃；则由公式(1)可得：

$\left(\begin{array}{ccc}{z}_1^2& z_1& 1\\ z_2^2& z_2& 1\\ z_3^2& z_3& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}g(x_1,y_1)\\ g(x_2,y_2)\\ g(x_3,y_3)\end{array}\right)---\left(3\right)$

根据公式(3)计算得到参数a、b、c的值，然后通过公式(2)即可计 算得到三轴加速度传感器z敏感轴真实的零点bz与灵敏度sz。

进一步的，在不同实施方式中，其中三轴原始数据x，y，z符合下列公 式：

${\left(\frac{x-\mathrm{bx}}{\mathrm{sx}}\right)}^2+{\left(\frac{y-\mathrm{by}}{\mathrm{sy}}\right)}^2+{\left(\frac{z-\mathrm{bz}}{\mathrm{sz}}\right)}^2=1---(1-1)$

进一步的，在不同实施方式中，其中由公式(1-1)设定以下公式：

$g(x,y)=1-{\left(\frac{x-\mathrm{bx}}{\mathrm{sx}}\right)}^2+{\left(\frac{y-\mathrm{by}}{\mathrm{sy}}\right)}^2---(1-2)$

将公式(1-2)代入公式(1-1)可得：

${\left(\frac{z-\mathrm{bz}}{\mathrm{sz}}\right)}^2=g(x,y)---(1-3)$

而公式(1)即由公式(1-3)转换而来。

进一步的，在不同实施方式中，其中公式(3)可进一步转变为：

$\left(\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right){\left(\begin{array}{ccc}{z}_1^2& z_1& 1\\ z_2^2& z_2& 1\\ z_3^2& z_3& 1\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}g(x_1,y_1)\\ g(x_2,y_2)\\ g(x_3,y_3)\end{array}\right)---(3-1)$

根据公式(3-1)计算得到参数a、b、c的值，然后通过公式(2)即可 计算得到三轴加速度传感器z敏感轴真实的零点bz与灵敏度sz。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：使用本发明涉及的校准算法可 以非常容易的在三轴加速度传感器的使用过程中，对其误差较大的z敏感轴 进行校准，得到真实的零点与灵敏度。由此，在不增加工艺步骤和成本的情 况下提高三轴加速度传感器的性能。

具体实施方式

本发明的一个实施方式提供了一种对具有较差z敏感轴的加速度传感器 进行z敏感轴零点与灵敏度的校准算法，其包括有以下步骤：

根据三轴加速度传感器的数据手册，可以得到x，y，z三敏感轴的零点 依次为bx、by、bz，灵敏度依次为sx、sy、sz，其单位为一个重力加速度。 其中z轴的零点与灵敏度由于其较差的准确度，在此将其视为未知数，本算 法的目的就是计算出此两个变量的真实值。在三轴加速度传感器静止情况下 由于其只受到重力加速度的作用，因此，其三轴原始数据x，y，z符合下列 公式：

${\left(\frac{x-\mathrm{bx}}{\mathrm{sx}}\right)}^2+{\left(\frac{y-\mathrm{by}}{\mathrm{sy}}\right)}^2+{\left(\frac{z-\mathrm{bz}}{\mathrm{sz}}\right)}^2=1---(1-1)$

三轴加速度传感器三轴原始数据x，y，z的单位为一个重力加速度。设：

$g(x,y)=1-{\left(\frac{x-\mathrm{bx}}{\mathrm{sx}}\right)}^2+{\left(\frac{y-\mathrm{by}}{\mathrm{sy}}\right)}^2---(1-2)$

将公式(1-2)代为公式(1-1)可得：

${\left(\frac{z-\mathrm{bz}}{\mathrm{sz}}\right)}^2=g(x,y)---(1-3)$

将公式(1-3)转换为如下形式：

a*z²+b*z+c＝g(x，y)        (1)

其中：

$a=\frac{1}{{\mathrm{sz}}^2}$

$b=\frac{-2*\mathrm{bz}}{{\mathrm{sz}}^2}---\left(2\right)$

$c=\frac{{\mathrm{bz}}^2}{{\mathrm{sz}}^2}$

以一个固定采样频率采样三轴加速度传感器在不同姿态静止状态下的3 组原始数据：x₁，y₁，z₁、x₂，y₂，z₂、x₃，y₃，z₃；则由公式(2)可得：

$\left(\begin{array}{ccc}{z}_1^2& z_1& 1\\ z_2^2& z_2& 1\\ z_3^2& z_3& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}g(x_1,y_1)\\ g(x_2,y_2)\\ g(x_3,y_3)\end{array}\right)---\left(3\right)$

公式(3)可进一步转变为：

$\left(\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right){\left(\begin{array}{ccc}{z}_1^2& z_1& 1\\ z_2^2& z_2& 1\\ z_3^2& z_3& 1\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}g(x_1,y_1)\\ g(x_2,y_2)\\ g(x_3,y_3)\end{array}\right)---(3-1)$

根据公式(3-1)计算得到参数a、b、c的值，然后通过公式(2)即可 计算得到三轴加速度传感器z敏感轴真实的零点bz与灵敏度sz。

本发明涉及的校准算法可以非常容易地在三轴加速度传感器的使用过程 中，对其误差较大的z敏感轴进行校准，得到真实的零点与灵敏度。由此， 在不增加工艺步骤和成本的情况下提高三轴加速度传感器的性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实 施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明揭示内容所作的等效修饰 或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。