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。）
静态温控的实现与温补装置的迭代
6.半导体制热
上面我们使用铝块实现了低温区(室温以下)各温段的稳定维持,可以说这种方法是一种
奇思妙想。接下来我们需要考虑高温区,即加热升温的实现,这个过程同样也是需要静态的。
有一种东西很有趣,我们给他通电,他就会发热,并自动恒定到一个温度，即一直维持某个温度,这就是 PTC(热敏电阻)。其实我们每天都在用 PTC,只是我们自己不知道,如图 16.30所示。
图 16.29使用超低温箱来对铝块进行冷冻
图16.30 饮水机中的加热设备即为 PTC
我给“冷灶”加了一个盖,把 PTC 放在了盖上,如图 16.31 所示
图 16.31 将 PTC 加热片放在“冷灶”的盖上
这样,在低于室温的低温段,我们让温度在被冻透的铝块的作用下自然缓慢上升,而从室温往上的高温段,我们通过控制算法适时地打开和关闭加热来主动地将温度稳定到目标范围内，整个的温度曲线如图 16.32 所示。
图 16.32 全温段温度曲线
7.温控策略
有人问:“你用的温度控制算法是什么? PID 吗?我看上图中在温区内温度波动还是挺大的,是否可以把温度控制做得更稳,精度更高?”实际上我并没有使用 PID 算法,因为我最多要同时控制 16 路温度，而且我对温控的速度有一定要求,即到达目标温区的速度一定要快,否则会影响批量校准的效率。其次,对于温控的精度要求并不高,目标温度上下3℃都可以接受。
我使用了一种类似 PWM 的温控方法我们拿某个温区的温控来举例说明，如图 16.33 所示。
图16.33 温控算法示意图
可以看到我们为温区划定了几条线,分别是:温区上限、上冲线、中线上限、中线、中线下限、下冲线和温区下限。当温度从其他温区升温到目标温区的中线范围内时,则认为温控到位，温控从“温度跃迁”进入“区内保温”状态。因为温度的升温是有一定惯性的,当其进入中线范用后.PTC 立即关闭此时温度上升并不会立即停止.而是可能会穿越中线、中线上限。甚至是上冲线,最终在某个较高的位置上停止升温(这个位置我们当然希望不要超过温区上限,否则就是失温),开始下落。等其下落至下冲线时，PTC 立即开启,温度在经历一个较短的惯性下冲之后(这个惯性下冲我们当然也是希望不要超过温区下限),开始回升。这种控制方式最终的效果就是温度在某一个区间上下震荡,而震荡的幅度就与上冲量和下冲量有关,我们要做的就是控制这个冲量。
通过对 PTC 进行脉冲宽度调制来使温控更加细腻，如图 16.34 所示
图16.34 PTC加入脉冲宽度调制前后效果对比
关于 PWM 大家可以参见专门的章节。总体来说,PTC 直接控制更像是在温度没有达到中线下限之前，一律火力全开,而一旦达到中线下限,立即踩急刹车。此时产生的惯性很可能让温度过冲到很高的位置,甚至超出温区上限,造成失温。而加入脉冲宽度调制后,就如同小火慢攻,再辅以一定的算法,比如当前温度若距离目标线较远时,脉宽比就大一些,甚至全开;而当温度快要接近目标线时,脉宽比逐渐减小,甚至全闭。后者会让温控变得更加细腻,收放自如,避免产生较大的过冲。其实,后者也是 PID的核心思想。
对于每一个温区,这些线的设置、脉宽的精细调节等环节是实现温控的重点。以上控制策略主要应用于高温区,低温区基本不涉及控制。
8。多路温度的同步控制
到现在,我们已经解决了温控的问题,但上面所说的一切都是针对一个温控单元来说的。而实际上为了批量化校准效率是不可能一次只校准一个传感器的,而是一次校准多个,也就是说我们同时要对多个温控单元进行控制,比如 16 路(见图 16.35).而且,要保证温度的一致性。
图16.35 振南的可支持16个传感器同时校准的校准装置
各路温度变化的同步性(主要是低温段)主要是靠人员的操作规程来保证的:铝制结构的冷冻程度要一致,即最终的冷冻温度要齐平;安装放置完毕后保温结构闭盖时间的一致性。但尽管做到了这两个一致性,我们仍然会发现在低温段各个温控单元内的温度变化也是不同步的.因为还有一些因素我们控制不了,比如各保温结构的保温性能等。这个时候我们就需要对低温区进行同步性控制了，如图 16.36 所示。
基本思想是由某路温控与目标温区的距离计算一个脉宽值,来控制 PTC 对此路温控进行加热。这样最终的效果就是各路温控会齐头并进的进入目标温区。但是这个控制要非常精细，因为在低温区一旦使用了火力,可能会造成温控升温过快或过冲太猛,最终造成失温或者在温段内经历的时间 过短,导致校准失败。为了解决这一问题,我 在结构上做了改进如图 16.37 所示。
图16.37 在“冷灶”铝制结构与上盖之间增加一层阻热材料
这样的改进是以失败为基础的。其实在做全温段温控以及整个倾角校准装置的过程中，处处充满了失败。但是这套东西还是非常有创新意义的,所以我在一直坚持直到做完。
原来是上盖与“冷灶”结构直接接触,我发现上盖哪怕加热一点点,下面的铝块温度也会变化很大,根本无法控制。后来我在上下之间增加了一层树脂材料(导热系数 0.02,基本与空气持平),才解决了这个问题。究其原因应该是上面的热量直接进人到了下面铝块之中。增加阻热之后热量需要通过空气和阻热材料缓缓地进入铝块中,使得温度上升平缓了很多。
有人说“为什么用树脂材料?而且既然与空气的导热系数相同,为什么不直接留出一条缝呢?”因为树脂便于作 3D 打印。不能留空气缝,因为空气中的水蒸气会进入内部,造成 PCBA上冷凝结露，导致短路。
