CN105466452A - Mems传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，其特征是：至少包括：步骤1、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与启动时刻温度值有关误差；步骤2、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化率有关误差系数；步骤3、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化二次方有关误差系数。本发明能够准确的反映产品输出误差与温度之间的关联。按此系数进行合理的温度补偿后，MEMS传感器组合的静态测试和温度循环试验的输出零偏稳定性有较大幅度提高。经过对比测试，MEMS传感器组合全温范围内零偏稳定性指标，角速率输出零偏精度可由原来的0.5°/s提高到0.25°/s。

Description

MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法
技术领域
本发明涉及一种传感器组合，特别是微机电陀螺仪和加速度计的惯性传感器测量组合，涉及MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法。
背景技术
(1)概述：MEMS传感器组合是基于惯性测量的仪表组合，它具有体积小、启动快、测量范围大和功耗低的特点，在汽车、无人机及电子玩具的导航控制等领域获得了越来越广泛的应用。
(2)结构和原理：MEMS传感器组合一般包括XYZ三个方向互相垂直安装的陀螺仪和加速度计，用于测量XYZ三个方向的角速率和加速度值，有些MEMS传感器组合还集成有磁强计、气压高度计和温度传感器等进行辅助测量。常见的MEMS传感器组合包括：陀螺仪组合、加速度计组合、惯性测量组合等。
(3)技术缺陷：MEMS传感器虽然在体积、测量范围和功耗等方面有明显优势，但与其它惯性传感器相比它的精度还比较低(在0.1°/s左右)，这一点使得MEMS传感器的使用领域受到局限。目前单个的MEMS传感器一般已采取误差补尝措施，但MEMS传感器组合由于受固定基座材料特性、传感器固定方式和传感器本身温度特性等因素的影响，角速率和加速度零位输出会随着环境温度的变化产生较大漂移的现象。需要对MEMS传感器组合的温度漂移特性进行建模，分析并确定有关误差系数，以提高MEMS传感器组合产品的设计性能指标。
发明目的
本发明的目的是提供一种针对MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，确定MEMS传感器组合受启动温度值、温度变化率和温度变化二次方等物理量影响所引起的输出误差系数，为后续对MEMS传感器组合进行温度误差补偿提供补偿参数。
本发明的目的是这样实现的，MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，其特征是：至少包括：
步骤1、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与启动时刻温度值有关误差；
步骤2、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化率有关误差系数；
步骤3、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化二次方有关误差系数。
所述的步骤1，MEMS传感器组合温度漂移误差系数与启动时刻温度值有关误差获取包括如下流程：
步骤11：将待测产品放入温箱，设置温箱起始温度，开始与启动时刻温度值有关误差测试试验；
步骤12：将MEMS传感器组合在当前温度下保温至少1小时，保温期间产品不上电；
步骤13：上电启动MEMS传感器组合，记录产品稳定工作后10秒(可根据实际情况调整)内的各通道输出平均值和温度值；
步骤14：判断当前试验温度是否为试验结束温度值(最低温度)，如果是结束温度值，执行步骤16；如果不是结束温度值，进行下一步；
步骤15：将温箱温度设置值降低5℃，并启动温箱，重返步骤12；
步骤16：关停温箱和产品，将每个温度值下的MEMS传感器组合的输出值和对应温度值进行汇总。
所述的步骤16是按照公式(2)的格式进行汇总，得到的MEMS传感器组合的输出值和对应温度值。
其中：C(T0)为与启动时刻温度有关误差函数，C0C1……为各个试验温度下的MEMS传感器组合的输出误差测量值。
所述的步骤2)MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化率有关误差系数获取包括如下流程：
步骤21：将待测产品放入温箱，温箱温度设置为-30℃,启动温箱保温1小时；
步骤22：设置温箱为从-30℃到70℃的升温工作过程，温度变化速度为0.5℃/分钟，给待测MEMS传感器组合上电，记录升温工作过程产品输出数据；
步骤23：关停温箱和产品，处理MEMS传感器组合输出数据，计算与温度变化有关误差系数K1。
所述的步骤23是是通过如下公式完成：
K1＝△V/△T(3)
其中：K1为与温度变化率有关的误差系数，△V为-30℃到70℃的升温过程MEMS传感器组合输出测量值变化量，△T为MEMS传感器组合升温过程内部温度变化量。
所述的步骤3)，MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化二次方有关误差系数获取包括如下流程：
步骤31：将待测产品放入温箱，温箱温度设置为0℃,启动温箱保温1小时；
步骤32：设置温箱为从0℃到70℃的升温工作过程，温度变化速度为3℃/分钟，给待测MEMS传感器组合上电，记录升温工作过程产品输出数据；
步骤33：关停温箱和产品，处理MEMS传感器组合输出数据，计算与温度变化有关误差系数K2。
所述的步骤33是通过公式(5)完成，公式(5)推导方法如下：
对公式(1)按数学方法对温度T求导得到公式(4)：
△V＝K1·△T+2K2·(T-T0)·△T(4)
其中：△T为选取的MEMS传感器组合升温过程内部温度变化微小量,△V为选取的△T温度段MEMS传感器组合输出测量值变化量。
在实际数据处理时取△T＝2℃，T0＝0℃，上式可转化为：
K2＝(△V-2K1)/4T(5)
本发明的有益效果：应用上述方法获得的MEMS传感器组合温度漂移误差系数，能够准确的反映产品输出误差与温度之间的关联。按此系数进行合理的温度补偿后，MEMS传感器组合的静态测试和温度循环试验的输出零偏稳定性有较大幅度提高。经过对比测试，MEMS传感器组合全温范围内零偏稳定性指标，角速率输出零偏精度可由原来的0.5°/s提高到0.25°/s。
附图说明
图1是MEMS传感器组合温度漂移误差系数与启动时刻温度值有关误差获取流程图；
图2是MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化率有关误差系数获取流程图；
图3是MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化二次方有关误差系数获取流程图。
具体实施方式
本发明MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，包括：
1、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与启动时刻温度值有关误差；
2、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化率有关误差系数；
3、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化二次方有关误差系数。
如图1所示，MEMS传感器组合温度漂移误差系数与启动时刻温度值有关误差获取流程图包括：
步骤11：将待测产品放入温箱，设置温箱起始温度(最高温度)，开始与启动时刻温度值有关误差测试试验；
步骤12：将MEMS传感器组合在当前温度下保温至少1小时，保温期间产品不上电；
步骤13：上电启动MEMS传感器组合，记录产品稳定工作后10秒(可根据实际情况调整)内的各通道输出平均值和温度值；
步骤14：判断当前试验温度是否为试验结束温度值(最低温度)，如果是结束温度值，执行步骤16；如果不是结束温度值，进行下一步；
步骤15：将温箱温度设置值降低5℃，并启动温箱，重返步骤12；
步骤16：关停温箱和产品，将每个温度值下的MEMS传感器组合的输出值和对应温度值进行汇总。
所述的步骤16是按照公式(2)的格式进行汇总，得到的MEMS传感器组合的输出值和对应温度值。
其中：C(T0)为与启动时刻温度有关误差函数，C0C1……为各个试验温度下的MEMS传感器组合的输出误差测量值。
如图2所示，MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化率有关误差系数获取流程图包括：
步骤21：将待测产品放入温箱，温箱温度设置为-30℃,启动温箱保温1小时；
步骤22：设置温箱为从-30℃到70℃的升温工作过程，温度变化速度为0.5℃/分钟，给待测MEMS传感器组合上电，记录升温工作过程产品输出数据；
步骤23：关停温箱和产品，处理MEMS传感器组合输出数据，计算与温度变化有关误差系数K1。
所述的步骤23是是通过如下公式完成：
K1＝△V/△T(3)
其中：K1为与温度变化率有关的误差系数，△V为-30℃到70℃的升温过程MEMS传感器组合输出测量值变化量，△T为MEMS传感器组合升温过程内部温度变化量。
如图3所示，MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化二次方有关误差系数获取流程图包括：
步骤31：将待测产品放入温箱，温箱温度设置为0℃,启动温箱保温1小时；
步骤32：设置温箱为从0℃到70℃的升温工作过程，温度变化速度为3℃/分钟，给待测MEMS传感器组合上电，记录升温工作过程产品输出数据；
步骤33：关停温箱和产品，处理MEMS传感器组合输出数据，计算与温度变化有关误差系数K2。
所述的步骤33是通过公式(5)完成，公式(5)推导方法如下：
对公式(1)按数学方法对温度T求导得到公式(4)：
△V＝K1·△T+2K2·(T-T0)·△T(4)
其中：△T为选取的MEMS传感器组合升温过程内部温度变化微小量,△V为选取的△T温度段MEMS传感器组合输出测量值变化量。
在实际数据处理时取△T＝2℃，T0＝0℃，上式可转化为：
K2＝(△V-2K1)/4T(5)。

Claims (7)

1.MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，其特征是：至少包括：
步骤1、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与启动时刻温度值有关误差；
步骤2、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化率有关误差系数；
步骤3、获取MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化二次方有关误差系数。
2.根据权利要求1所述的MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，其特征是：所述的步骤1，MEMS传感器组合温度漂移误差系数与启动时刻温度值有关误差获取包括如下流程：
步骤11：将待测产品放入温箱，设置温箱起始温度，开始与启动时刻温度值有关误差测试试验；
步骤12：将MEMS传感器组合在当前温度下保温至少1小时，保温期间产品不上电；
步骤13：上电启动MEMS传感器组合，记录产品稳定工作后10秒内的各通道输出平均值和温度值；
步骤14：判断当前试验温度是否为试验结束温度值，如果是结束温度值，执行步骤16；如果不是结束温度值，进行下一步；
步骤15：将温箱温度设置值降低5℃，并启动温箱，重返步骤12；
步骤16：关停温箱和产品，将每个温度值下的MEMS传感器组合的输出值和对应温度值进行汇总。
3.根据权利要求2所述的MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，其特征是：所述的步骤16是按照公式(2)的格式进行汇总，得到的MEMS传感器组合的输出值和对应温度值；
其中：C(T0)为与启动时刻温度有关误差函数，C0C1……为各个试验温度下的MEMS传感器组合的输出误差测量值。
4.根据权利要求1所述的MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，其特征是：所述的步骤2MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化率有关误差系数获取包括如下流程：
步骤21：将待测产品放入温箱，温箱温度设置为-30℃,启动温箱保温1小时；
步骤22：设置温箱为从-30℃到70℃的升温工作过程，温度变化速度为0.5℃/分钟，给待测MEMS传感器组合上电，记录升温工作过程产品输出数据；
步骤23：关停温箱和产品，处理MEMS传感器组合输出数据，计算与温度变化有关误差系数K1。
5.根据权利要求4所述的MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，其特征是：所述的步骤23是是通过如下公式完成：
K1＝△V/△T(3)
其中：K1为与温度变化率有关的误差系数，△V为-30℃到70℃的升温过程MEMS传感器组合输出测量值变化量，△T为MEMS传感器组合升温过程内部温度变化量。
6.根据权利要求1所述的MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，其特征是：所述的步骤3，MEMS传感器组合温度漂移误差系数与温度变化二次方有关误差系数获取包括如下流程：
步骤31：将待测产品放入温箱，温箱温度设置为0℃,启动温箱保温1小时；
步骤32：设置温箱为从0℃到70℃的升温工作过程，温度变化速度为3℃/分钟，给待测MEMS传感器组合上电，记录升温工作过程产品输出数据；
步骤33：关停温箱和产品，处理MEMS传感器组合输出数据，计算与温度变化有关误差系数K2。
7.根据权利要求6所述的MEMS传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法，其特征是：所述的步骤33是通过公式(5)完成，公式(5)推导方法如下：
对公式(1)按数学方法对温度T求导得到公式(4)：
△V＝K1·△T+2K2·(T-T0)·△T(4)
其中：△T为选取的MEMS传感器组合升温过程内部温度变化微小量,△V为选取的△T温度段MEMS传感器组合输出测量值变化量；
在实际数据处理时取△T＝2℃，T0＝0℃，上式可转化为：
K2＝(△V-2K1)/4T(5)。
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