CN110044383B - 三轴微型传感器高低温测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

三轴微型传感器高低温测试装置，包括温箱、主转轴系统、副转轴系统和测试板；主转轴系统包括主马达、主转轴和配重；副转轴系统包括副马达、底盘和三个定向柱，主马达驱动副转轴系统、测试板及待测样品旋转，为待测样品提供旋转激励信号；副马达驱动三个定向柱沿主转轴斜面旋转0°、+120°、‑120°，测试板和副转轴系统位于温箱内，可以测试待测样品在不同温度下的性能。本装置只需一个主马达和一个副马达，就可驱动测试板，对待测样品施加X、Y、Z三个轴向的激励信号，具有体积小，控制简单，造价低，产能高等优点。本发明还涉及三轴微型传感器的高低温测试方法，该方法操作简单，同时测试三个轴向的信号，一次可以测试多个样品，产能高。

Description

三轴微型传感器高低温测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及三轴微型传感器高低温测试技术，特别是一种三轴微型传感器高低温测试装置及其测试方法。

背景技术

微型传感器种类很多，被广泛应用于从航天、军工的高端工业领域，到汽车、工业机器人为代表的中低端工业领域，再到手机、游戏机、玩具无人机等消费电子产品领域。微型传感器制造过程相当复杂，最典型的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术，涉及到MEMS圆片加工、ASIC圆片加工、芯片封装等制造过程，总共有几百道加工步骤，其中任何一道工序不完美，都会对MEMS传感器的性能产生影响，特别是每个器件之间的性能不一致。而用户的需要是感知真实世界的物理信号，同一型号的器件必须有同样的性能。所以在微型传感器产品出厂前，必须进行参数的测试和校准，如零偏、灵敏度等，以保证客户得到性能一致的产品。对于工业级微型传感器产品，除了在常温下产品性能一致外，用户更关心的是产品在不同工作温度时产品性能的一致性，所以微型传感器产品必须在不同温度下逐个进行参数测试和校准(这里所述的不同温度是指从-40℃～+85℃的温度区间)。

要测试传感器就必须对传感器施加一定量的激励信号，测量传感器的初始输出值，再通过传感器内部的控制电路调节输出值，得到符合规格的产品。某些微型传感器具有感应X、Y、Z三个方向信号的能力，如三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁传感器以及由他们组合成的传感器模块；也就是说，测试和校准三轴微型传感器，必须对待测式样品提供三个轴向的激励信号。

专利《三轴微型陀螺仪测试装置及其测试方法》(专利申请号：201310297991.X)公开了一种三轴微型陀螺仪测试装置和方法，但是只能在常温下进行测试，不能测试其在不同温度下的性能，而且只有一个副转轴，测试板固定在副转轴上，当副转轴转动到不同位置时，副转轴系统的重心也不同，没法加配重将副转轴重心调整到主转轴轴心线上，导致主转轴没法稳定旋转，因此，不能用于微型传感器高低温测试，另外，一次只能安装一块测试板，产能低。

现有的三轴微型传感器高低温测试装置中，除了测试板外，其他部件都安装在温箱外，如图1所示，框架2连接主马达1上，副马达3和轴承8安装在框架2上，二者之间安装有副转轴4，温箱7安装在副转轴4上，测试板6安装在温箱7中，待测三轴微型传感器5安装在测试板6上；在进行测试时，主马达1驱动框架2以及固定在框架2上的部件沿主转轴轴向A旋转，提供Y轴激励信号；副马达3驱动副转轴4及固定在其上的部件沿副转轴轴向B旋转，提供X轴激励信号；当副马达3驱动轴承8及固定在其上的部件沿副转轴轴向B从图1所示位置转过90°，主马达1驱动框架2以及固定在框架2上的部件沿主转轴轴向A旋转，提供Z轴激励信号。上述装置中，温箱7安装在副转轴4上，副转轴4安装在框架2上，三轴微型传感器测试5时，主马达1、副马达3驱动温箱7旋转，这就需要比较高的马达功率和比较大的设备尺寸，温箱重量受限制；另外，考虑到温箱重量和压缩机振动影响测试精度，不能用普通温箱，需要外接充气系统控制温箱温度，所以不但设备成本昂贵，使用成本高，而且产能很低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种三轴微型传感器高低温测试装置，其副转轴系统安装在温箱内，主马达安装在温箱外，测试时，温箱保持不动，三轴微型传感器待测样品X、Y、Z三个轴向的激励信号均由主马达提供，副马达只是驱动副转轴系统转动到固定位置，整个主、副转轴系统与温箱没有机械连接，具有设备简单，易控制，造价低，产能高的优点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种三轴微型传感器高低温测试装置，包括温箱、主转轴系统、副转轴系统和测试板，测试板和副转轴系统均位于温箱内；

主转轴系统由主马达、主转轴和配重构成，主转轴的第一端具有主转轴斜面，主转轴斜面与主转轴轴向成35.3°夹角，主转轴的第一端穿过温箱底板的开口并伸入温箱的保温腔内，主转轴的第二端位于温箱外且与主马达连接，主转轴的旋转轴向与主马达的旋转轴向一致，配重安装在主转轴上，且位于主转轴斜面的相对侧；

副转轴系统由副马达、底盘和三个定向柱构成，底盘呈柱形，底盘具有相互平行的顶平面和底平面，三个定向柱的端面均与各自的轴向相垂直，三个定向柱都固定在底盘上，三个定向柱的轴向相互垂直，且与底盘的底平面均成35.3°夹角，底盘与副马达连接，底盘的底平面垂直于副马达的旋转轴向，副马达固定在主转轴斜面上，副马达的旋转轴向与主转轴斜面相垂直；

三块测试板分别固定在三个定向柱的端面上，测试板上具有线路布局，三轴微型传感器待测样品安装在测试板上并通过导线与电信号测试仪器相连。

为简单说明问题起见，以下对本发明所述三轴微型传感器高低温测试装置均简称为本装置，所述的三轴微型传感器待测样品均简称为待测样品。

主马达驱动主转轴，主马达驱动主转轴、副转轴系统、测试板及待测样品旋转，为待测样品提供旋转激励信号；副马达控制底盘和三个定向柱沿主转轴斜面旋转0°、+120°、-120°，控制待测试样品的方向，使待测样品可沿X、Y、Z三个轴向旋转，感知X、Y、Z三个轴向的激励信号，记录待测样品每个轴的初始输出值，再通过待测样品内置的控制电路调节最终输出值，完成待测样品的测试。

本装置只需一个主马达和一个副马达，就可驱动测试板，对待测样品施加X、Y、Z三个轴向的激励信号；副转轴系统位于温箱内，可以测试待测样品在不同温度下的性能；而且主马达只负责提供精确的旋转动力，不需精确控制位置；同样，副马达只负责精确定位控制，不提供精确旋转动力，这样，不但硬件成本低，而且测试系统的控制也比较简单，本装置具有体积小，造价低，产能高，控制简单等优点。

测试板固定在定向柱上，由于没有框架的限制，测试板可以做得足够大，一次装载多个待测样品，产能大，效率高。

为减轻整个装置的重量，主转轴和定向柱均为空心轴。

本发明还涉及三轴微型传感器的高低温测试方法，该方法操作简单，同时测试三个轴向的信号，一次可以测试多个待测样品，产能高。

本发明的三轴微型传感器高低温的测试方法，具体为：

(1)在三轴微型传感器高低温测试装置的三块测试板上分别安装三轴微型传感器待测样品；

(2)设定温箱所需温度，等待温箱温度稳定到设定值；

(3)开启副马达，控制安装于测试板上的三轴微型传感器待测样品的敏感轴方向，使三轴微型传感器待测样品的X、Y或Z敏感轴与主转轴平行，记录各个三轴微型传感器待测样品在X、Y或Z轴的零偏输出值；

(4)开启主马达，主马达驱动主转轴，带动三轴微型传感器待测样品旋转，为三轴微型传感器待测样品提供旋转激励信号，记录各个三轴微型传感器待测样品在X、Y或Z敏感轴的初始输出值；

(5)根据步骤(3)和(4)测试的结果，通过三轴微型传感器待测样品内置的控制电路调节最终输出值，完成三轴微型传感器待测样品在一个轴向的测试和校准；

(6)根据步骤(3)～(5)，完成三轴微型传感器待测样品在另外两个轴向的测试和校准；

(7)设置温箱的不同温度值，重复步骤(3)～(6)，记录不同温度下各个三轴微型传感器待测样品各个敏感轴的零偏和灵敏度；

(8)根据步骤(7)测试的结果，通过算法校准各个三轴微型传感器待测样品的各个敏感轴的零偏和灵敏度，使每个三轴微型传感器待测样品在整个工作温度范围内的性能达到产品规范。

和步骤(7)所述的温箱的温度范围为：-40℃～+85℃。

副马达驱动底盘和三个定向柱沿主转轴的斜面分别转动0°、-120°、+120°，控制安装于三块测试板上的待测样品的敏感轴方向，具体为：当第一块测试板上的待测样品的Z敏感轴平行于主转轴轴向时，第二块测试板上的待测样品的X敏感轴平行于主转轴轴向，第三块测试板上的待测样品的Y敏感轴平行于主转轴轴向，主马达不动，记录各个待测样品在X、Y或Z轴的零偏输出值，然后主马达驱动主转轴，带动待测样品旋转，为待测样品提供旋转激励信号，记录第一块测试板上的待测样品的Z敏感轴、第二块测试板上的待测样品的X敏感轴、第三块测试板上的待测样品的Y敏感轴的初始输出值，再通过待测样品内置的控制电路调节最终输出值，完成待测样品在一个轴向的测试和校准；当第一块测试板上的待测样品的Y敏感轴平行于主转轴轴向时，第二块测试板上的待测样品的Z敏感轴平行于主转轴轴向，第三块测试板上的待测样品的X敏感轴平行于主转轴轴向，主马达不动，记录各个待测样品在X、Y或Z轴的零偏输出值，然后主马达驱动主转轴，带动待测样品旋转，为待测样品提供旋转激励信号，记录第一块测试板上的待测样品的Y敏感轴、第二块测试板上的待测样品的Z敏感轴、第三块测试板上的待测样品的X敏感轴的初始输出值，再通过待测样品内置的控制电路调节最终输出值，完成待测样品在另一个轴向的测试和校准；当第一块测试板上的待测样品的X敏感轴平行于主转轴轴向时，第二块测试板上的待测样品的Y敏感轴平行于主转轴轴向，第三块测试板上的待测样品的Z敏感轴平行于主转轴轴向，主马达不动，记录各个待测样品在X、Y或Z轴的零偏输出值，然后主马达驱动主转轴，带动待测样品旋转，为待测样品提供旋转激励信号，记录第一块测试板上的待测样品的X敏感轴、第二块测试板上的待测样品的Y敏感轴、第三块测试板上的待测样品的Z敏感轴的初始输出值，再通过待测样品内置的控制电路调节最终输出值，完成待测样品在第三个轴向的测试和校准。

本发明的三轴微型传感器高低温测试方法操作简单，可以一次性在三块测试板上安装多个待测样品，同时测试，产量较高；本发明的方法不仅可以测试三轴微型传感器样品，也可以测试一轴或二轴微型传感器样品。

附图说明

图1是现有技术的三轴传感器测试系统示意图。

图2是本装置处于第一状态的示意图。

图3是本装置中主转轴系统的示意图。

图4是沿图3中虚线A-B的剖面图。

图5是本装置中副转轴系统的结构示意图。

图6是沿途5中虚线C-D的剖面示意图。

图7是本装置中副转轴系统的仰视图。

图8是本装置中副转轴与主转轴斜面的位置关系示意图。

图9是本装置处于第二状态的示意图。

图10是本装置处于第三状态的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

三轴微型传感器高低温测试装置，如图2—图7所示，包括温箱10、主转轴系统20、副转轴系统30和三块测试板41、42、43，温箱10的内部温度可以在-40℃～+85℃之间精确控制，三块测试板41、42、43和副转轴系统30均位于温箱10内，主转轴系统20和副转轴系统30与温箱10之间均没有机械连接，避免了温箱10的压缩机或风扇振动对测试精度的影响，在具体实施中，可以通过将压缩机外置、开地面振动隔离沟等方法进一步降低温箱振动对测试精度的影响，提高测试精度；

主转轴系统20包括主马达24、主转轴25以及配重26(图4所示)，主转轴25的第一端具有主转轴斜面25a，主转轴斜面25a与主转轴轴向25b成35.3°夹角，如图3所示，主转轴25的第一端透过温箱底板11上的开口13并伸入保温腔12中，开口13与主转轴25间的间隙13a很小，可以直接保留此间隙13a，也可用非常柔软的材料，如软毛刷等封闭间隙13a，以减少保温腔12内外空气对流，主转轴25的第二端位于温箱10外且与主马达24连接，主转轴25可以直接固定在主马达24上，也可通过联轴器、轴承等辅助机械结构与主马达24连接，主转轴25的旋转轴向25b与主马达24的旋转轴向一致，均为主旋转轴向25b，配重26安装在主转轴25上，且位于副转轴系统30(即主转轴斜面25a)的相对侧，用于平衡重心及转动惯量，使主转轴25旋转更加平稳；

副转轴系统30包括副马达34、底盘35、第一定向柱31、第二定向柱32和第三定向柱33；底盘35呈柱形，底盘35具有相互平行的顶平面和底平面(均称为底盘平面35a)，第一定向柱31、第二定向柱32和第三定向柱33的端面均与其轴向垂直，第一定向柱31、第二定向柱32和第三定向柱33都固定在底盘35上，三个定向柱31、32、33的轴向相互垂直，且与底盘35的底盘平面35a均成35.3°夹角，底盘35可以直接固定在副马达34上，也可通过联轴器、轴承等辅助机械结构连接副马达34；副马达34固定在主转轴斜面25a上，副马达34的旋转轴向34b与主转轴斜面25a相垂直，如图3所示，底盘平面35a垂直于副马达34的旋转轴向34b，即底盘平面35a与主转轴斜面25a平行，副马达34驱动底盘35以及三个定向柱31、32、33沿主转轴斜面25a旋转；

图3为副马达34安装在主转轴斜面25a上的示意图，副马达34的旋转轴向34b与主转轴斜面25a垂直，主转轴25与主马达24相连，图3中主旋转轴向25b平行于Z轴，具体实施时，底盘35与副马达34相连，底盘平面35a与主转轴斜面25b平行。副马达34可以在-40℃～+85℃的范围内工作，一般马达都工作在+85℃，但在-40℃工作必须用低温马达，马达在较大温度范围内不同温度点的精度会有偏差，但在本装置中，由于副马达34只用于定位，不需连续旋转，所以其内部温度与保温腔12的温度相近，同时，激励信号由位于温箱10外的主马达24提供，所以不同温度点的测试精度不会有不同。另外，为保证副马达34旋转位置的精确度，在主转轴斜面25a和底盘35上可以安装机械、光或电传感器辅助定位。

图4为图3中虚线A-B沿Z轴方向的主转轴25的剖面图，主转轴25的旋转轴向25b与主转轴斜面25a的夹角β为35.3°，主旋转轴向25b与副旋转轴向(副马达34的旋转轴向34b)的夹角θ与β互为补角，即θ角为54.7°。

第一块测试板41固定在第一定向柱31的端面上，第二块测试板42固定在第二定向柱32的端面上，第三块测试板43固定在第三定向柱33的端面上，第一块测试板41、第二块测试板42和第三块测试板43上都具有线路布局，第一待测样品51安装在第一块测试板41上并通过导线与电信号测试仪器相连，第二待测样品52安装在第二块测试板42上并通过导线与电信号测试仪器相连，第三待测样品53安装在第三块测试板43上并通过导线与电信号测试仪器相连。

主马达24驱动主转轴25沿主旋转轴向25b旋转，主转轴25带动固定在主转轴斜面25a上的副转轴系统30沿主旋转轴向25b旋转，固定在副转轴系统30的定向柱31、32、33上的测试板41、42、43随副转轴系统30沿主旋转轴向25b旋转，这样，主马达24就为安装在测试板41、42、43上的待测样品51、52、53提供旋转激励信号。

副转轴系统30的三个定向柱31、32、33的截面为正方形、长方形、圆形或椭圆形中的任何一个，为描述简便，本实施例以正方形为例，第一定向柱31、第二定向柱32、第三定向柱33相互垂直，三个定向柱31、32、33都固定在底盘35上，如图5所示，在图5所示的位置时，第一定向柱轴向31b与Z轴坐标平行，第二定向柱轴向32b与Y轴坐标平行，第三定向柱轴向33b与X轴坐标平行；三个定向柱31、32、33的端面与三个定向柱31、32、33的轴向垂直，即第一定向柱端面31a与第一定向柱轴向31b垂直，第二定向柱端面32a与第二定向柱轴向32b垂直，第三定向柱端面33a与第三定向柱轴向33b垂直。在具体实施时，如图2所示，第一测试板32安装在第一定向柱端面36上，与Z轴垂直，第二测试板42安装在第二定向柱端面46上，与Y轴垂直；第三测试板52安装在第三定向柱端面56上，与X轴垂直。

图6是沿图5中虚线C-D的剖面图，第一定向柱31固定在底盘35上，第一定向柱轴向31b与底盘平面35a的夹角β为35.2644°(以下简化为35.3°)，只有在这个角度下，底盘35沿主转轴斜面25a旋转时才能使三个定向柱轴向31b、32b、33b与X、Y、Z平行，同理，第二定向柱轴向32b、第三定向柱轴向33b均与底盘平面35a成35.3°夹角。

图7为底盘35和定向柱31、32、33的底示图，第一定向柱底面31c、第二定向柱底面32c第三定向柱底面33c在底盘35上构成一个等边三角形，第一定向柱轴向31b在底盘35上的投影L1、第二定向柱轴向32b的投影L2、第三定向柱轴向33b的投影L3相互成120°角。

三轴微型传感器高低温测试方法，使用如图2所示的测试装置，具体为：

当副马达34驱动第一定向柱31转到其轴向31b的投影L1与图8中主转轴斜面25a的中心点O和位置P1的连线OP1重合时，第二定向柱轴向32b的投影L2与图8中OP2重合，第三定向柱轴向33b的投影L3与图8中OP3重合，P1位置为主转轴斜面25a椭圆形边缘离中心点O的最远位置，OP1、OP2、OP3三个方向相互成120°角。测试板与其上的待测样品处于图2所示的位置，第一定向柱轴向31b与Z轴平行，与X、Y轴垂直，安装于其端面31a上的第一测试板41与Z轴方向垂直，安装于第一测试板41上的第一待测样品51的Z感应轴与主旋转轴向25b平行。第一待测样品51上的箭头所示方向为-Y敏感轴向，请见图2中圆圈内的第一待测样品放大图51，箭头只是用于标识待测样品的敏感轴方向，同理，第二待测样品52、第三待测样品53上的箭头也表示待测样品的-Y敏感轴向。同样，测试板与其上的待测样品处于图2所示的位置时，第二待测样品52的X感应轴与主旋转轴向25b平行，第三待测样品53的Y感应轴与主旋转轴向25b平行。

当副马达34锁定定向柱在图2所示位置，主马达24不转动时，第一待测样品51输出的信号为其Z轴的零偏值Vz₁₀；当主马达24以转速ω绕主旋转轴向25b旋转时，第一待测样品51受到Z轴方向的旋转激励信号，输出感应信号Vz₁₂，计算得出第一待测样品51的Z轴灵敏度Sz₁为：

Sz₁＝(Vz₁₂-Vz₁₀)/ω，单位为：v/°/s

与此同时，主马达24不转动时，第二待测样品52输出的信号为其X轴的零偏值Vx₂₀；当主马达24以转速ω绕主旋转轴向25b旋转时，第二待测样品52受到X轴方向的旋转激励信号，输出感应信号Vx₂₂，计算得出第二待测样品52的X轴灵敏度的Sx₂为：

Sx₂＝(Vx₂₂–Vx₂₀)/ω，单位为：v/°/s

同样，主马达24不转动时，第三待测样品53输出的信号为其Y轴的零偏值Vy₃₀；当主马达24以转速ω绕主转轴轴向25b旋转时，第三待测样品53受到Y轴方向的旋转激励信号，输出感应信号Vy₃₂，计算得出第三待测样品53的Y轴灵敏度的Sy₃为：

Sy₃＝(Vy₃₂–Vy₃₀)/ω，单位为：v/°/s

如果测得的待测样品的零偏V₀或灵敏度S超出三轴微型传感器的产品规范，则控制测试装置的计算机系统，通过待测样品内置的微控制电路调整参数，将零偏最终输出值和灵敏度最终输出值调整到产品规范以内，这样就同时完成了第一待测样品51、第二待测样品52、第三待测样品53的各一个轴向的测试和校准；

当副马达34驱动底盘35平行于主转轴斜面25a从图2所示位置逆时针转动120°时，设为-120°，第一定向柱轴向31b的投影L1与图8中主转轴斜面25a的中心点O和位置P2的连线OP2重合时，第二定向柱轴向32b的投影L2与图8中OP3重合，第三定向柱轴向33b的投影L3与图7中OP1重合，此时，测试板与待测样品处于如图9所示位置，第一定向柱轴向31b与X轴平行，与Z、Y轴垂直，安装于其端面的第一测试板41上的第一待测样品51的Y感应轴与主旋转轴向25b平行，第二待测样品52的Z感应轴与主旋转轴向25b平行，第三待测样品53的X感应轴与主旋转轴向25b平行。

当副马达34锁定定向柱在图9所示位置，主马达24不转动时，第一待测样品51输出的信号为其Y轴的零偏值Vy₁₀；当主马达24以转速ω绕主转轴轴向25b旋转时，第一待测样品51受到Y轴方向的旋转激励信号，输出感应信号Vy₁₂，计算得出第一待测样品51的Y轴灵敏度Sy₁为：

Sy₁＝(Vy₁₂-Vy₁₀)/ω，单位为：v/°/s

与此同时，主马达24不转动时，第二待测样品52输出的信号为其Z轴的零偏值Vz₂₀；当主马达24以转速ω绕主转轴轴向25b旋转时，第二待测样品52受到Z轴方向的旋转激励信号，输出感应信号Vz₂₂，计算得出第二待测样品52的Z轴灵敏度的Sz₂为：

Sz₂＝(Vz₂₂–Vz₂₀)/ω，单位为：v/°/s

同样，主马达24不转动时，第三待测样品53输出的信号为其X轴的零偏值Vx₃₀；当主马达24以转速ω绕主转轴轴向25b旋转时，第三待测样品53受到X轴方向的旋转激励信号，输出感应信号Vx₃₂，计算得出第三待测样品53的X轴灵敏度的Sx₃为：

Sx₃＝(Vx₃₂–Vx₃₀)/ω，单位为：v/°/s

如果测得的待测样品的零偏V₀或灵敏度S超出三轴微型传感器的产品规范，则控制测试装置的计算机系统，通过待测样品内置的微控制电路调整参数，将零偏最终输出值和灵敏度最终输出值调整到产品规范以内，这样就同时完成了第一待测样品51、第二待测样品52、第三待测样品53的第二个轴向的测试和校准；

当副马达34驱动底盘35平行于主转轴斜面25a从图2位置顺时针转动120°时，设为+120°，第一定向柱轴向31b的投影L1与图8中主转轴斜面25a的中心点O和位置P2的连线OP2重合时，第二定向柱轴向32b的投影L2与图8中OP3重合，第三定向柱轴向33b的投影L3与图8中OP1重合，此时，测试板与器件处于如图10所示位置，第一定向柱轴向31b与Y轴平行，与X、Y轴垂直，安装于其端面的第一测试板41上的第一待测样品51的X感应轴与主旋转轴向25b平行，第二待测样品52的Y感应轴与主旋转轴向25b平行，第三待测样品53的Z感应轴与主旋转轴向25b平行。

当副马达34锁定定向柱在图10所示位置，主马达24不转动时，第一待测样品51输出的信号为其X轴的零偏值Vx₁₀；当主马达24以转速ω绕主转轴轴向25b旋转时，第一待测样品51受到X轴方向的旋转激励信号，输出感应信号Vx₁₂，计算得出第一待测样品51的X轴灵敏度Sx₁为：

Sx₁＝(Vx₁₂-Vx₁₀)/ω，单位为：v/°/s

与此同时，主马达24不转动时，第二待测样品52输出的信号为其Y轴的零偏值Vy₂₀；当主马达24以转速ω绕主转轴轴向25b旋转时，第二待测样品52受到Y轴方向的旋转激励信号，输出感应信号Vy₂₂，计算得出第二待测样品52的Y轴灵敏度的Sy₂为：

Sy₂＝(Vy₂₂–Vy₂₀)/ω，单位为：v/°/s

同样，主马达24不转动时，第三待测样品53输出的信号为其Z轴的零偏值Vz₃₀；当主马达24以转速ω绕主转轴轴向25b旋转时，第三待测样品53受到Z轴方向的旋转激励信号，输出感应信号Vz₃₂，计算得出第三待测样品53的Z轴灵敏度的Sz₃为：

Sz₃＝(Vz₃₂–Vz₃₀)/ω，单位为：v/°/s

如果测得的待测样品的零偏V₀或灵敏度S超出三轴微型传感器的产品规范，则控制测试装置的计算机系统，通过待测样品内置的微控制电路调整参数，将零偏最终输出值和灵敏度最终输出值调整到产品规范以内，这样在完成第一待测样品51、第二待测样品52、第三待测样品53的第三个轴向的测试和校准的同时，至此就完成待测样品的零偏和三个敏感轴向的灵敏度的测试和校准；

以上测试过程是在某个设定的温度值下待测样品的零偏和三个轴向灵敏度的测试方法，设定温箱10的不同温度，重复上述测试过程，可以测得待测样品在不同温度下的零偏和灵敏度，再通过算法加以校准或补偿。以第一待测样品51为例，假设温度区间为-40℃～+85，设定测试温度点为-40℃、+25、+85℃下测得的三个感应轴的零偏和灵敏度如表1所示：

表1第一待测样品在不同温度下三个感应轴的零偏和灵敏度

根据表1中测得的数值，利用二次函数：Y＝aX²+bX+c，或三次函数Y＝aX³+bX²+bX+c补偿；如果温度点设的比较多，可以通过分段补偿法或查表法进行补偿，使得第一待测样品51的零偏V₁₀和灵敏度S₁在工作温度范围内的输出误差在产品规范以内，这样就完成了第一待测样品51的高低温测试和校准补偿。同样方法，可以完成第二待测样品52和第三待测样品53的高低温测试和校准补偿。

需要说明的是，本发明的测试装置和测试方法不仅可以用于三轴微型传感器的测试和校准，还可以用于一轴或二轴微型传感器测试和校准。

以上所述仅是本发明的最佳实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明的技术方案进行若干变形或者等同替换，例如，将本发明的测试系统整个旋转90°安装，主马达和副马达配合控制微型传感器与地球引力成一定角度，主马达和副马达配合控制微型传感器与固定磁场成一定角度，这些都能达到本发明的技术效果，也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.三轴微型传感器高低温测试装置，包括温箱、主转轴系统、副转轴系统和测试板，测试板和副转轴系统均位于温箱内；

其特征在于：

主转轴系统由主马达、主转轴和配重构成，主转轴的第一端具有主转轴斜面，主转轴斜面与主转轴轴向成35.3°夹角，主转轴的第一端穿过温箱底板的开口并伸入温箱的保温腔内，主转轴的第二端位于温箱外且与主马达连接，主转轴的旋转轴向与主马达的旋转轴向一致，配重安装在主转轴上，且位于主转轴斜面的相对侧；

副转轴系统由副马达、底盘和三个定向柱构成，底盘呈柱形，底盘具有相互平行的顶平面和底平面，三个定向柱的端面均与各自的轴向相垂直，三个定向柱都固定在底盘上，三个定向柱的轴向相互垂直，且与底盘的底平面均成35.3°夹角，底盘与副马达连接，底盘的底平面垂直于副马达的旋转轴向，副马达固定在主转轴斜面上，副马达的旋转轴向与主转轴斜面相垂直；

三块测试板分别固定在三个定向柱的端面上，测试板上具有线路布局，三轴微型传感器待测样品安装在测试板上并通过导线与电信号测试仪器相连；

所述的主转轴和定向柱均为空心柱体；

温箱底板的开口与主转轴之间的间隙用软毛刷填充封闭。

2.如权利要求1所述的三轴微型传感器高低温测试装置，其特征在于：所述的主转轴直接固定在主马达上，或通过辅助机械结构连接在主马达上，所述的辅助机械结构是联轴器或轴承。

3.如权利要求1所述的三轴微型传感器高低温测试装置，其特征在于：所述的底盘直接固定在副马达上，或通过辅助机械结构连接在副马达上，所述的辅助机械结构是联轴器或轴承。

4.如权利要求1所述的三轴微型传感器高低温测试装置，其特征在于：三个定向柱的横截面为正方形、长方形、圆形或椭圆形。

5.如权利要求1所述的三轴微型传感器高低温测试装置的三轴微型传感器高低温测试方法，其特征在于，所述方法为：

（1）在三轴微型传感器高低温测试装置的三块测试板上分别安装三轴微型传感器待测样品；

（2）设定温箱所需温度，等待温箱温度稳定到设定值；

（3）开启副马达，控制安装于测试板上的三轴微型传感器待测样品的敏感轴方向，使三轴微型传感器待测样品的X、Y或Z敏感轴与主转轴平行，记录各个三轴微型传感器待测样品在X、Y或Z轴的零偏输出值；

（4）开启主马达，主马达驱动主转轴，带动三轴微型传感器待测样品旋转，为三轴微型传感器待测样品提供旋转激励信号，记录各个三轴微型传感器待测样品在X、Y或Z敏感轴的初始输出值；

（5）根据步骤（3）和（4）测试的结果，通过三轴微型传感器待测样品内置的控制电路调节最终输出值，完成三轴微型传感器待测样品在一个轴向的测试和校准；

（6）根据步骤（3）～（5），完成三轴微型传感器待测样品在另外两个轴向的测试和校准；

（7）设置温箱的不同温度值，重复步骤（3）～（6），记录不同温度下各个三轴微型传感器待测样品各个敏感轴的零偏和灵敏度；

（8）根据步骤（7）测试的结果，通过算法校准各个三轴微型传感器待测样品的各个敏感轴的零偏和灵敏度，使每个三轴微型传感器待测样品在整个工作温度范围内的性能达到产品规范。

6.根据权利要求5所述的三轴微型传感器高低温测试方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（7）所述的温箱的温度范围为：-40℃～+85℃。

7.根据权利要求5或6所述的三轴微型传感器高低温测试方法，其特征在于：步骤（3）或（7）中副马达控制底盘和三个定向柱沿主转轴的斜面分别转动0°、-120°、+120°，使三轴微型传感器待测样品的相应敏感轴平行于Z、Y或X三个不同轴向。

8.根据权利要求7所述的三轴微型传感器高低温测试方法，其特征在于，具体为：当第一块测试板上的三轴微型传感器待测样品的Z敏感轴平行于主转轴轴向时，第二块测试板上的三轴微型传感器待测样品的X敏感轴平行于主转轴轴向，第三块测试板上的三轴微型传感器待测样品的Y敏感轴平行于主转轴轴向；当第一块测试板上的三轴微型传感器待测样品的Y敏感轴平行于主转轴轴向时，第二块测试板上的三轴微型传感器待测样品的Z敏感轴平行于主转轴轴向，第三块测试板上的三轴微型传感器待测样品的X敏感轴平行于主转轴轴向；当第一块测试板上的三轴微型传感器待测样品的X敏感轴平行于主转轴轴向时，第二块测试板上的三轴微型传感器待测样品的Y敏感轴平行于主转轴轴向，第三块测试板上的三轴微型传感器待测样品的Z敏感轴平行于主转轴轴向。