MEMS陀螺主要性能指标研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（ 北方 自动控制技术研究所 ， 太原 ０ ３ ０ ０ ０ ６ ）
摘
要： 以Ａ Ｄ Ｉ 公司的微角速度单轴 陀螺仪 Ａ Ｄ Ｘ Ｒ Ｓ Ｘ Ｘ Ｘ为例 ， 对 Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ陀螺 的主要性能指标进行 了研究 ， 并进
行 了标定实验 ， 计算 了主要性能指标 。 通过数据拟合方法得到了该 陀螺 的校准 曲线 ， 经过分析计算 ， 该陀螺的精度较高 ， 在姿态测试系统 中有一定的应用前景 。
Ｇｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ＂ ｓ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｉ ｓ ｖ ｅ ｒ ｙ ｈ ｉ ｇ ｈ ，ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｆ ａ ｒ － ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ａ ｔ ｔ ｉ ｔ ｕｄ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ＭＥＭＳ， ｇ ｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ， ｇ ｅ ｏ ｍａ ｇ ｎｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｅ ｎｓ ｏ ｒ ， ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｕ ｖｅ ｒ
感 器 的功耗 、 振 动灵敏 度 、 精度 、 动态 范 围 、 带宽 、 物理
与输入角速率的 比值 ，也就是在整个输人速率范围 内根据所测得的输入输出数据 ， 用最ｄ ￣ － － ＂ 乘法拟合求
得 的直线 斜率 ， 用这 种方 法拟 合 出来 的直线 由于存 在 拟合 误差 ， 所 以为 了解 决 这种 误 差 ， 后 面 又引 出了标 度 因数 的非 线 性度 、 标 度 因数 的零 偏 、 重 复性 和 稳 定
引 言
惯 性导 航是 一 门涉及精 密机 械 、计 算 机技术 、 微
下面介 绍 这些性 能 的计算 方法 。
１ ． １标 度 因数 生成 方法
来自百度文库
标 度 因数 通 常用 Ｋ表 示 ，它 是 指陀 螺 的输 出量
电子 、 光 电子 、 光学 、 自动控制 、 材料等多种学科和领 域的综合技术【 ” 。应用需求的增长和现代科技的蓬勃 发展支撑着惯性传感器技术的不断进步ｆ ２ １ 。在工程应 用 中，选择惯性器件主要考虑以下几方面的因素： 传
ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｃ ａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ．Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｔ ｓ ｑ ｕ ａ ｒ ｅ ｓ ｉ ｆ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ，ｔ ｈ ｅ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃｈｏ ｏ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ＡＤＩ ’ Ｓ ｍｉ ｃ ｒ ｏ－ ａ ｎ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ － ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ－ ｍｏ ｎａ ｘ ｉ ａ ｌ Ｇｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ＡＤＸＲＳ ＸＸＸ ａ ｓ ａ ｃ ａ ｓ ｅ ，
Ｃ ＨＥ ＮＧ Ｘｉ ｕ － ｑ ｉ ｎ， ＷＥ ＮＧ Ｚ ｈ ｉ － ｎ ｅ ｎ ｇ ， Ｚ ＨＡＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ － ｆ ｅ ｉ ， Ｗ Ｕ Ｈｏ ｎ ｇ — ｘ ｉ ａ ， Ｚ Ｈａ ｎ ｇ Ｙｏ ｎ ｇ — ｈ ｕ ａ
（ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ａｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ０ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
尺寸 、 成本等［ ３ ］ 。本文针对飞行器姿态测试系统中应
用 的 Ａ Ｄ Ｉ公 司 生 产 的 微 角 速 度 单 轴 陀 螺 仪
ＡＤ ＸＲ Ｓ ＸＸ Ｘ研究 其 主要性 能指 标 。
性等概念 ，这些概念都分别从不 同角度反 映了该拟
合直 线与 实 际的陀 螺输 入输 出数据 的偏 离程 度ｆ ５ １ 。 首 先 针 对 线性 输 出器 件 建 立 一个 陀 螺 输 入 输 出
Ｇｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ， ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｕ ｖｅ ｒ ， Ｔ ｈ ｅ
关键词 ： 微机 电系统 ， 陀螺仪 ， 惯性传感器 ， 标定 ， 校准曲线
中 图分 类 号 ： Ｖ ２ ４ １ ． ６ ２ ２ 文 献 标 识码 ： Ａ
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ Ｍ ＥＭ Ｓ Ｇｙ ｒ ｏ’ Ｓ Ｍａ ｉ ｎ Ｃａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｔａ ｒ ｇ ｅ ｔ
ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｋ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ＭＥＭＳ Ｇｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ’ Ｓ ｍａ ｉ ｎ ｃ ａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ，ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｆ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｚ ｅ ｓ ｏ ｎ
第２ ７卷
第 １ １ 期
电 脑 开 发 与 应 用
（ 总０ ８ ７ ７ ）
・ ６１ ・
文 章 编号 ： １ ０ ０ ３ — ５ ８ ５ ０ （ ２ ０ １ ４ ） １ １ － ０ ０ ６ １ — ０ ３
ＭＥ ＭＳ陀螺主要性能指标研究
程 秀芹 ， 翁志 能 ， 张建 飞 ， 吴红 霞 ， 张 勇华
摘
要： 以Ａ Ｄ Ｉ 公司的微角速度单轴 陀螺仪 Ａ Ｄ Ｘ Ｒ Ｓ Ｘ Ｘ Ｘ为例 ， 对 Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ陀螺 的主要性能指标进行 了研究 ， 并进
行 了标定实验 ， 计算 了主要性能指标 。 通过数据拟合方法得到了该 陀螺 的校准 曲线 ， 经过分析计算 ， 该陀螺的精度较高 ， 在姿态测试系统 中有一定的应用前景 。
Ｇｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ＂ ｓ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｉ ｓ ｖ ｅ ｒ ｙ ｈ ｉ ｇ ｈ ，ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｆ ａ ｒ － ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ａ ｔ ｔ ｉ ｔ ｕｄ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ＭＥＭＳ， ｇ ｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ， ｇ ｅ ｏ ｍａ ｇ ｎｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｅ ｎｓ ｏ ｒ ， ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｕ ｖｅ ｒ
感 器 的功耗 、 振 动灵敏 度 、 精度 、 动态 范 围 、 带宽 、 物理
与输入角速率的 比值 ，也就是在整个输人速率范围 内根据所测得的输入输出数据 ， 用最ｄ ￣ － － ＂ 乘法拟合求
得 的直线 斜率 ， 用这 种方 法拟 合 出来 的直线 由于存 在 拟合 误差 ， 所 以为 了解 决 这种 误 差 ， 后 面 又引 出了标 度 因数 的非 线 性度 、 标 度 因数 的零 偏 、 重 复性 和 稳 定
引 言
惯 性导 航是 一 门涉及精 密机 械 、计 算 机技术 、 微
下面介 绍 这些性 能 的计算 方法 。
１ ． １标 度 因数 生成 方法
来自百度文库
标 度 因数 通 常用 Ｋ表 示 ，它 是 指陀 螺 的输 出量
电子 、 光 电子 、 光学 、 自动控制 、 材料等多种学科和领 域的综合技术【 ” 。应用需求的增长和现代科技的蓬勃 发展支撑着惯性传感器技术的不断进步ｆ ２ １ 。在工程应 用 中，选择惯性器件主要考虑以下几方面的因素： 传
ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｃ ａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ．Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｔ ｓ ｑ ｕ ａ ｒ ｅ ｓ ｉ ｆ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ，ｔ ｈ ｅ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃｈｏ ｏ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ＡＤＩ ’ Ｓ ｍｉ ｃ ｒ ｏ－ ａ ｎ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ － ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ－ ｍｏ ｎａ ｘ ｉ ａ ｌ Ｇｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ＡＤＸＲＳ ＸＸＸ ａ ｓ ａ ｃ ａ ｓ ｅ ，
Ｃ ＨＥ ＮＧ Ｘｉ ｕ － ｑ ｉ ｎ， ＷＥ ＮＧ Ｚ ｈ ｉ － ｎ ｅ ｎ ｇ ， Ｚ ＨＡＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ － ｆ ｅ ｉ ， Ｗ Ｕ Ｈｏ ｎ ｇ — ｘ ｉ ａ ， Ｚ Ｈａ ｎ ｇ Ｙｏ ｎ ｇ — ｈ ｕ ａ
（ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ａｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ０ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
尺寸 、 成本等［ ３ ］ 。本文针对飞行器姿态测试系统中应
用 的 Ａ Ｄ Ｉ公 司 生 产 的 微 角 速 度 单 轴 陀 螺 仪
ＡＤ ＸＲ Ｓ ＸＸ Ｘ研究 其 主要性 能指 标 。
性等概念 ，这些概念都分别从不 同角度反 映了该拟
合直 线与 实 际的陀 螺输 入输 出数据 的偏 离程 度ｆ ５ １ 。 首 先 针 对 线性 输 出器 件 建 立 一个 陀 螺 输 入 输 出
Ｇｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ， ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｕ ｖｅ ｒ ， Ｔ ｈ ｅ
关键词 ： 微机 电系统 ， 陀螺仪 ， 惯性传感器 ， 标定 ， 校准曲线
中 图分 类 号 ： Ｖ ２ ４ １ ． ６ ２ ２ 文 献 标 识码 ： Ａ
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ Ｍ ＥＭ Ｓ Ｇｙ ｒ ｏ’ Ｓ Ｍａ ｉ ｎ Ｃａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｔａ ｒ ｇ ｅ ｔ
ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｋ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ＭＥＭＳ Ｇｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ’ Ｓ ｍａ ｉ ｎ ｃ ａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ，ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｆ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｚ ｅ ｓ ｏ ｎ
第２ ７卷
第 １ １ 期
电 脑 开 发 与 应 用
（ 总０ ８ ７ ７ ）
・ ６１ ・
文 章 编号 ： １ ０ ０ ３ — ５ ８ ５ ０ （ ２ ０ １ ４ ） １ １ － ０ ０ ６ １ — ０ ３
ＭＥ ＭＳ陀螺主要性能指标研究
程 秀芹 ， 翁志 能 ， 张建 飞 ， 吴红 霞 ， 张 勇华