CN111024133A - 一种mems陀螺仪校准测试平台及校准方法 - Google Patents
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Abstract
一种MEMS陀螺仪校准测试平台及校准方法，校准测试平台包括能够模拟不同温度环境的温箱，温箱中设置有用于测试角速度的陀螺板，陀螺板通过电源供电线缆连接直流稳压电源，待测MEMS陀螺仪放置在陀螺板上，陀螺板通过测试线缆将测试数据发送至仿真机，仿真机能够显示和记录测试数据。本发明MEMS陀螺仪的校准方法，首先通过MATLAB对采集到的测试数据进行处理，得到一组已知的数据样本点，然后根据已知的样本点利用插值法对陀螺进行全温度范围的偏移补偿。本发明MEMS陀螺仪的校准方法能够使产品性能更加可靠，与此同时，也可以使产品的生产成本大幅的降低。
Description
技术领域
本发明属于陀螺仪测试领域，具体涉及一种MEMS陀螺仪校准测试平台及校准方法。
背景技术
MEMS陀螺仪是利用coriolis定理，将旋转物体的角速度转换成正比于角速度的电压信号，其中陀螺仪的核心部件采用掺杂技术、光刻技术、LIGA技术、腐蚀技术、封装技术等进行生产，它的主要特点是具有体积小、重量轻、成本低、可靠性好、测量范围宽等优点，因此也广泛应用于姿态测量、各类战术武器和控制等领域。但MEMS陀螺仪的最大问题是存在较大的偏移误差，偏移误差导致测试的结果不够准确，随着时间的推移，累积的误差会越来越大。为了避免这种偏移误差，可以采用高精度的陀螺仪，但是价格比较高昂，会使得生产成本非常高。因此，设计一种高精度低成本的陀螺仪校准装置及方法就显得非常重要。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中MEMS陀螺仪存在偏移误差的问题，提供一种MEMS陀螺仪校准测试平台及校准方法，减小MEMS陀螺仪的偏移误差，成本较低。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种MEMS陀螺仪校准测试平台，包括能模拟不同温度环境的温箱，温箱中设有用于测试角速度的陀螺板，陀螺板通过电源供电线缆连接直流稳压电源，待测MEMS陀螺仪放置在陀螺板上，陀螺板通过测试线缆将测试数据发送至仿真机，仿真机能显示和记录测试数据。
作为优选，在本发明MEMS陀螺仪校准测试平台的一种实施例当中，所述的温箱设置有开关，通过仿真机记录MEMS陀螺仪测试数据时将温箱的开关关闭。
作为优选，在本发明MEMS陀螺仪校准测试平台的一种实施例当中：
所述的温箱能够提供-40℃～+60℃的温度设置范围。
作为优选，在本发明MEMS陀螺仪校准测试平台的一种实施例当中：
所述的温箱设置有能够以每5℃为一个单位的温度调节机构。
作为优选，在本发明MEMS陀螺仪校准测试平台的一种实施例当中：
所述的温箱能够在设定温度下至少保温30min的时间。
作为优选，在本发明MEMS陀螺仪校准测试平台的一种实施例当中：
所述的陀螺板与温箱之间保持稳定的热传递过程。
作为优选，在本发明MEMS陀螺仪校准测试平台的一种实施例当中：
所述的测试线缆采用CAN数据通讯线缆。
本发明基于所述MEMS陀螺仪校准测试平台的校准方法，包括以下步骤：
步骤一、常温下将待测MEMS陀螺仪放置在陀螺板上；
步骤二、通过温箱设置测试温度，陀螺板测试不同温度下的MEMS陀螺仪角速度，得出MEMS陀螺仪在不同温度下的偏移误差，通过仿真机显示和记录测试数据；
步骤三、将测试数据输入至MATLAB中，在MATLAB得到的图上选择平稳的一段数据进行计算，得到此温度下对应MEMS陀螺仪偏移误差的数值(X，Y)，并将得到的这一组数值作为一个样本点进行记录；以此类推，得出步骤二获得测试数据的所有样本点并进行记录(X1，Y1)……(Xn，Yn)，利用插值算法对全温度下的MEMS陀螺仪角速度进行补偿。
优选的，所述步骤三具体的补偿过程如下：
假设MEMS陀螺仪温度为X，对应的偏移误差为Y，X在X1与X2范围内，此时(X1，Y1)与(X2，Y2)以线性处理，得到(Y-Y1)/(X-X1)＝(Y2-Y1)/(X2-X1)；
据此计算出当MEMS陀螺仪的温度为X时所对应的偏移误差Y，再利用陀螺板自身采集到的角速度w减去偏移误差Y得到最终MEMS陀螺仪的校准角速度。
相较于现有技术，本发明的MEMS陀螺仪校准测试平台具有结构简单，操作方便以及搭建成本低等优点，通过陀螺板测试待测MEMS陀螺仪的角速度，温箱模拟不同的温度环境，仿真机与陀螺板之间的测试线缆搭建数据传递的通道，仿真机对测试数据进行记录同时能够以波形的形式对不同温度环境下MEMS陀螺仪的角速度进行显示。
进一步的，本发明的陀螺板与温箱之间保持稳定的热传递过程，常温下将待测MEMS陀螺仪放置在陀螺板上，避免测试过程陀螺板因为热量散发不出去而导致测试结果出现问题。
相较于现有技术，本发明MEMS陀螺仪的校准方法，基于本发明提出的MEMS陀螺仪校准测试平台，以陀螺板作为MEMS陀螺仪角速度的测试部件，极大的降低了测试成本，首先通过MATLAB对采集到的测试数据进行处理，得到一组已知的数据样本点，然后根据已知的样本点利用插值法对陀螺进行全温度范围的偏移补偿。本发明MEMS陀螺仪的校准方法能够使产品性能更加可靠，与此同时，也可以使产品的生产成本大幅的降低。
附图说明
图1本发明MEMS陀螺仪校准测试平台结构示意图；
图2本发明MEMS陀螺仪校准方法流程图；
图3本发明MEMS陀螺仪校准方法中的测试结果统计图；
附图中：1-温箱；2-陀螺板；3-仿真机；4-直流稳压电源；5-测试线缆；6-电源供电线缆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明的一种MEMS陀螺仪校准测试平台，包括能够模拟不同温度环境的温箱1，温箱1中设置有用于测试角速度的陀螺板2，陀螺板2通过电源供电线缆6连接直流稳压电源4，待测MEMS陀螺仪放置在陀螺板2上，陀螺板2通过测试线缆5将测试数据发送至仿真机3，测试线缆5采用CAN数据通讯线缆。仿真机3能够显示和记录测试数据。
在本发明的一种实施例当中，温箱1能够提供-40℃～+60℃的温度设置范围，并且能够以每5℃为一个单位进行温度调节。温箱1能够在某一设定温度下至少保温30min的时间，且温箱1设置有开关，通过仿真机3记录MEMS陀螺仪测试数据时将温箱1的开关关闭，否则振动会使得陀螺板2的数据不准确。本发明校准测试平台的陀螺板2与温箱1之间保持稳定的热传递过程，否则陀螺板2可能因为热量散发不出去而导致测试结果存在问题。
参见图2，基于上述本发明MEMS陀螺仪校准测试平台的校准方法，包括以下步骤：
步骤一、常温下将待测MEMS陀螺仪放置在陀螺板2上；
步骤二、通过温箱1设置测试温度，对温度从-40℃到+60℃进行设置，以单位温度5℃进行递增，在每个温度下，温箱1最少保温30min的时间，陀螺板2测试不同温度下的MEMS陀螺仪角速度，得出MEMS陀螺仪在不同温度下的偏移误差，通过仿真机3显示和记录测试数据；记录数据时，温箱1需要关闭掉，否则振动会使得陀螺板2的数据不准确；
步骤三、将测试数据输入至MATLAB中，在MATLAB得到的图上选择平稳的一段数据进行计算，得到此温度下对应MEMS陀螺仪偏移误差的数值(X，Y)，并将得到的这一组数值作为一个样本点进行记录；以此类推，得出步骤二获得测试数据的所有样本点并进行记录(X1，Y1)……(Xn，Yn)，利用插值算法对全温度下的MEMS陀螺仪角速度进行补偿。
具体的补偿过程如下：
假设MEMS陀螺仪温度为X，对应的偏移误差为Y，X在X1与X2范围内，此时(X1，Y1)与(X2，Y2)以线性处理，得到(Y-Y1)/(X-X1)＝(Y2-Y1)/(X2-X1)；
据此计算出当MEMS陀螺仪的温度为X时所对应的偏移误差Y，再利用陀螺板2自身采集到的角速度w减去偏移误差Y得到最终MEMS陀螺仪的校准角速度。
参见图3，从本发明MEMS陀螺仪校准方法中的测试结果统计图中能够看出，MEMS陀螺仪的偏移误差明显在减小，大大提高了MEMS陀螺仪的数据精度，并且本发明的整个校准过程简单，易于实施，可以满足大多数情况下的使用，减少了生产成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种MEMS陀螺仪校准测试平台，其特征在于：包括能够模拟不同温度环境的温箱(1)，所述的温箱(1)中设置有用于测试角速度的陀螺板(2)，陀螺板(2)通过电源供电线缆(6)连接直流稳压电源(4)，待测MEMS陀螺仪放置在陀螺板(2)上，陀螺板(2)通过测试线缆(5)将测试数据发送至仿真机(3)，所述的仿真机(3)能够显示和记录测试数据。
2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪校准测试平台，其特征在于：所述的温箱(1)设置有开关，通过仿真机(3)记录MEMS陀螺仪测试数据时将温箱(1)的开关关闭。
3.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪校准测试平台，其特征在于：
所述的温箱(1)能够提供-40℃～+60℃的温度设置范围。
4.根据权利要求3所述的MEMS陀螺仪校准测试平台，其特征在于：
所述的温箱(1)设置有能够以每5℃为一个单位的温度调节机构。
5.根据权利要求3所述的MEMS陀螺仪校准测试平台，其特征在于：
所述的温箱(1)能够在设定温度下至少保温30min的时间。
6.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪校准测试平台，其特征在于：
所述的陀螺板(2)与温箱(1)之间保持稳定的热传递过程。
7.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪校准测试平台，其特征在于：
所述的测试线缆(5)采用CAN数据通讯线缆。
8.一种基于权利要求1-7中任一项所述MEMS陀螺仪校准测试平台的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、常温下将待测MEMS陀螺仪放置在陀螺板(2)上；
步骤二、通过温箱(1)设置测试温度，陀螺板(2)测试不同温度下的MEMS陀螺仪角速度，得出MEMS陀螺仪在不同温度下的偏移误差，通过仿真机(3)显示和记录测试数据；
步骤三、将测试数据输入至MATLAB中，在MATLAB得到的图上选择平稳的一段数据进行计算，得到此温度下对应MEMS陀螺仪偏移误差的数值(X，Y)，并将得到的这一组数值作为一个样本点进行记录；以此类推，得出步骤二获得测试数据的所有样本点并进行记录(X1，Y1)……(Xn，Yn)，利用插值算法对全温度下的MEMS陀螺仪角速度进行补偿。
9.根据权利要求8所述的校准方法，其特征在于，步骤三具体的补偿过程如下：
假设MEMS陀螺仪温度为X，对应的偏移误差为Y，X在X1与X2范围内，此时(X1，Y1)与(X2，Y2)以线性处理，得到(Y-Y1)/(X-X1)＝(Y2-Y1)/(X2-X1)；
据此计算出当MEMS陀螺仪的温度为X时所对应的偏移误差Y，再利用陀螺板(2)自身采集到的角速度w减去偏移误差Y得到最终MEMS陀螺仪的校准角速度。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112629563A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-09 | 广州导远电子科技有限公司 | 一种基于陀螺仪的误差补偿方法及装置 |
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