In settori come la navigazione inerziale, il controllo dei droni e gli wearables intelligenti, la precisione di misurazione dei giroscopi MEMS determina direttamente le prestazioni del sistema.a causa di fattori quali lo stress dell'imballaggio, deriva della temperatura e errore di bias zero, i giroscopi MEMS sono soggetti a deviazioni dei dati dopo aver lasciato la fabbrica.Controllo della temperaturaapparecchiature per la calibrazione, può eliminare gli errori di sistema attraverso procedure standardizzate, consentendo al giroscopio di tornare al suo stato di misura ottimale.Questo articolo descrive i passaggi fondamentali e le tecnologie chiave per la taratura dei giroscopi MEMS utilizzandouna temperatura-Il sistema è dotato di un giradischi controllato, che aiuta gli ingegneri a completare in modo efficiente il lavoro di taratura.

I. Preparazioni prima della taratura: doppia verifica delle apparecchiature e dei parametri

L'accurata taratura richiede un ambiente di prova stabile e il lavoro di preparazione centrale ruota attorno al "corrispondimento delle apparecchiature" e al "risistemazione dello stato":

Selezione e connessione dell'apparecchiatura: selezionare ungiradischi a temperatura controllatacon un intervallo di velocità angolare che copre l'intervallo di misurazione del giroscopio (in genere da ±1000°/s a ±20000°/s) e una precisione di posizione angolare ≤ 0,001°;comunicazione completa dei dati tra giradischi e giroscopi attraverso un'interfaccia RS485/USB, e collegare a un sistema di controllo della temperatura per stabilizzare la temperatura ambiente a 25°C±2°C (per eliminare le interferenze di temperatura).

Preprocessamento giroscopico: fissare il giroscopio MEMS sulla piattaforma di montaggio centrale del giradischi, assicurando che la superficie di montaggio sia perpendicolare all'asse di rotazione del giradischi (errore di coassialità ≤ 0,02 mm);riscaldare per 30 minuti per consentire al circuito interno del giroscopio di raggiungere l'equilibrio termico ed evitare che la deriva della temperatura iniziale influisca sui dati di taratura.

Impostazione del parametro di riferimento: Input parametri di base come il modello del giroscopio, sensibilità nominale (ad esempio, 10mV/(°/s)), e tensione di bias zero nel sistema di controllo del giradischi,regolareil protocollo di taratura standard (ad esempio, IEEE 1554.2) e completare la corrispondenza dei parametri tra i dispositivi.

II. Processo di calibrazione del nucleo: calibrazione a piena dimensione da biasi statici a velocità dinamica

La temperatura controllatail giradischi ottiene una calibrazione completa della deviazione zero, della sensibilità e dell'errore non lineare del giroscopio attraverso una combinazione di posizionamento statico e rotazione dinamica.Il processo di base consiste in tre fasi:

1. Calibrazione statica a bias zero: eliminazione dell'errore di riferimento statico

L'errore di bias zero è la deriva di uscita di un giroscopio quando è fermo ed è un fattore chiave che influenza l'accuratezza delle misurazioni statiche.temperatura -controllatail giradischi è stato tenuto fermo (velocità angolare = 0°/s) e i dati di uscita del giroscopio sono stati raccolti continuamente per 10 minuti.e il bias medio zero è stato calcolato utilizzando la seguente formula:

Pregiudizio zeroV0= (ΣVi) /n(I= da 1 an, dovenè il numero totale di insiemi di dati)

Valori anomali superiori all'intervallo di 3σ (σ è la deviazione standard)sono rimossi e il valore di bias finale pari a zero viene utilizzato come parametro di riferimento per la correzione successiva dei dati.

2Calibrazione della sensibilità dinamica: stabilire una relazione lineare tra input e output.

La sensibilità è il rapporto tra la variazione di uscita del giroscopio e la velocità angolare di ingresso; la taratura deve coprire l'intero intervallo.Il giradischi a temperatura controllata viene ruotato uniformemente a cinque velocità angolari caratteristiche (ad esempio, 100°/s, 500°/s, 1000°/s, 1500°/s, 2000°/s).i dati sono raccolti, e la tensione media di uscitaVicorrispondente a ciascun tasso è calcolato.

SensibilitàK.= (Vi-V0) /ωi(ωiè la velocità angolare impostata del giradischi)

conωicome asse orizzontale e (Vi-V.0) come asse verticale. Calcolare l'equazione di adattamento lineare utilizzando il metodo dei minimi quadrati per garantire che la bontà di adattamentoR2≥ 0.999La pendenza a questo punto è la sensibilità effettiva dopo la taratura.

3. calibrazione di errori non lineari: corregge le deviazionipienogamma di misura.

Sulla base della calibrazione della sensibilità, aggiungere 10 punti di velocità angolare uniformemente distribuiti (ad esempio, 200°/s, 400°/s...1800°/s), ripetere il processo di acquisizione dei dati dinamici,e calcolare la deviazione tra la potenza effettiva e il valore di montaggio lineare in ogni punto:

Errore non lineareδ= [(_effettivoV.-_confezionatoV.) / (scala completaV - V0)] × 100%

Seδse il valore di tornitura del giroscopio supera i requisiti di prestazione (di solito ≤ 0,5%), è necessario applicare un coefficiente di compensazione degli errori attraverso il sistema di controllo del giradischi per ottenere una correzione non lineare in tutto il giroscopio.pienola portata.

III. Verifica post-calibrazione: passo chiave per garantire l'affidabilità dei dati

Dopo la taratura, il sistema deve superare sia le verifiche di "ricalibrazione" che quelle di "test di scenario".

1.Recalibrazione e verifica: Selezionare a caso 3 angolaritassopunti (ad esempio, 300°/s, 800°/s, 1600°/s), ripetere il processo di taratura dinamica e confrontare la sensibilità e il bias zero delle due tarature.è necessario ricontrollare l'accuratezza dell'installazione e il collegamento di acquisizione dei dati.

2.Test di scenari: collegare il giroscopio calibrato all'unità di misurazione inerziale (IMU), simulare i cambiamenti di posizione del drone (come l'inclinazione e la rotazione di ± 30°) attraversoa temperatura controllataIl giradischi, raccogliere i dati di posizione angolare forniti dal giroscopio e confrontarli con la posizione angolare standard del giradischi.

Attraverso una calibrazione standardizzata utilizzando una temperatura controllatagiradischi, la stabilità a bias zero dei giroscopi MEMS può essere migliorata di oltre il 50% e l'errore di sensibilità può essere controllato entro lo 0,1%,fornire una garanzia fondamentale per il funzionamento accurato dei sistemi successivi.