CN112505601B - 惯性mems器件电参数测量系统的校准装置和校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置和校准方法，所述校准装置包括夹具适配器、矩阵开关、测量模块、驱动模块、电阻模块，并依次通过夹具、转台滑环、切换开关与惯性MEMS器件电参数测量系统对接形成校准通路。通过建立校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的电信号连接；输出标准电信号激励，经由惯性MEMS器件电参数测量系统中的夹具、滑环、传输线传导至MEMS电参数测量仪表进行测量并显示测量结果；通过计算测量结果和标准值之间的误差，根据计算得出校准结果对测量系统进行校准调整，且完全覆盖了惯性MEMS器件电参数测量系统的全部参与环节和部件，使校准结果更加精确，进而提高测量系统测量的准确度。

Description

惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置和校准方法

技术领域

本发明涉及MEMS器件电参数测量及校准领域，尤其是涉及一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置和校准方法。

背景技术

惯性MEMS器件主要包含三类参数，力学参数、电学参数、时间频率参数(模拟器件无此项)。无论是数字输出还是模拟输出，惯性MEMS器件都是以电信号的方式来表征其力学参数测量结果的，因此其电参数测量的准确性直接决定了器件本身测量准确性。模拟式惯性MEMS器件的电压幅值、电流幅值、数字式惯性MEMS器件的阈值电压值、功耗电流等参数对器件的准确性有很大的影响，目前业内普遍做法是通过电参数测量系统对惯性MEMS器件电参数进行测量，本发明主要是针对惯性MEMS器件电参数测量系统开展校准，以保障其对惯性MEMS器件电参数的测量结果准确可靠。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置和校准方法，以提高惯性MEMS电参数测量系统测量的准确度。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案第一方面提供一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置，其特征在于，所述校准装置依次通过夹具、转台滑环、切换开关与惯性MEMS器件电参数测量系统对接形成校准通路；所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置包括夹具适配器、矩阵开关、测量模块、驱动模块、电阻模块；其中，

夹具适配器用于实现校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的信号对接；

矩阵开关与夹具适配器通信连接，用于对惯性MEMS器件电参数测量系统中需要校准的多个重复通道进行信号切换；

驱动模块与矩阵开关通信连接，用于为校准测量提供标准信号驱动；

测量模块与矩阵开关通信连接，用于提供能够进行数据读取的标准测量仪表；

电阻模块串联设置在所述校准通路中，用于将校准通路中的电压转换为电流，实现电流测量校准。

本发明第二方面提供一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置，其特征在于，所述校准装置依次通过夹具、转台滑环、切换开关与惯性MEMS器件电参数测量系统对接形成校准通路；所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置包括中央处理模块、夹具适配器、矩阵开关、测量模块、驱动模块、通信模块，电阻模块；其中，

中央处理模块用于基于设定程序对夹具适配器、矩阵开关、测量模块、驱动模块分别发送相应指令，并接收反馈信号；

夹具适配器用于实现校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的信号对接；

矩阵开关与夹具适配器通信连接，用于对惯性MEMS器件电参数测量系统中需要校准的多个重复通道进行信号切换；

驱动模块与矩阵开关通信连接，用于接收中央处理模块发出的驱动指令，为校准测量提供标准信号驱动；

测量模块与矩阵开关通信连接，用于提供能够进行数据读取的标准测量仪表；

通信模块用于建立校准装置与控制/显示装置之间的通信路径；

电阻模块串联设置在所述校准通路中，用于接收中央处理模块发出的接入/接出指令，根据接入/接出指令执行执行接入/接出校准通路中，以将校准通路中的电压转换为电流，实现电流测量校准。

本发明第三方面提供一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准方法，其采用上述任意一种所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置来实现，其包括如下步骤：

建立校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的电信号连接；

输出标准电信号激励，经由惯性MEMS器件电参数测量系统中的夹具、滑环、传输线传导至MEMS电参数测量仪表进行测量并显示测量结果；

通过计算测量结果和标准值之间的误差，根据计算得出校准结果对惯性MEMS器件电参数测量系统进行校准调整。

与现有技术相比，本发明所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置及校准方法，其通过对不同功能部件进行分类分层结构设计，不仅有利于强化整体硬件的结构强度，还能大幅降低原位校准过程中的加速度过载和旋转过载所造成的应力集中和形变，提升装置可靠性。同时确保对惯性MEMS器件电参数测量系统的校准过程与其实际工作过程保持相一致的工况，从而通过校准结果准确标准惯性MEMS器件电参数测量系统的电参数测量误差及测量噪声；且在校准过程中，覆盖了惯性MEMS器件电参数测量系统的全部参与环节和部件，完整测量并表征了惯性MEMS电参数测量系统作为一个整体系统所反映出来的特性，使校准结果更加精确，进而提高惯性MEMS电参数测量系统测量的准确度。

附图说明

图1为本发明所述一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置的模块连接示意图；

图2为本发明所述一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置的结构设置示意图；

图3为本发明所述另一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置的模块连接示意图；

图4为本发明所述另一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置的结构设置示意图；

图5为本发明所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准方法的流程框图；

图6为本发明所述另一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准方法的流程框图；

图7为本发明所述惯性MEMS器件电参数测量系统测量MEMS器件的结构示意图；

图8为本发明所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准原理示意图；

图9为本发明所述惯性MEMS器件电参数测量系统的电源电压输出校准模型原理示意图；

图10为本发明所述惯性MEMS器件电参数测量系统的电流测量校准模型原理示意图；

图11为本发明所述惯性MEMS器件电参数测量系统的电压测量校准模型原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置，所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置包括夹具适配器10、矩阵开关20、测量模块30、驱动模块40、电阻模块50，夹具适配器10用于实现校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的信号对接；矩阵开关20用于对惯性MEMS器件电参数测量系统中需要校准的多个重复通道进行信号切换；驱动模块40用于为校准测量提供标准信号驱动；测量模块30用于提供能够进行数据读取的标准测量仪表，具体为标准电压表；电阻模块50用于将校准通路中的电压转换为电流，实现电流测量校准，具体为可编程电阻。

如图2所示，所述测量模块30、驱动模块40以及电阻模块50设置在驱动测量板上，夹具适配器10、矩阵开关20设置在开关适配板上，所述驱动测量板和开关适配板上下层叠设置；通过分层结构设计有利于强化整体硬件的结构强度，能大幅降低原位校准过程中的加速度过载和旋转过载所造成的应力集中和形变，提升装置可靠性。具体的，所述开关适配板包括切换板和适配板，所述矩阵开关20设置在切换板上，所述适配板设置在适配板上，切换板与适配板之间通过金属引脚连接，使矩阵开关20通过金属引脚与开关适配器通信连接；所述测量模块30与驱动模块40也分别通过传输导线与矩阵开关20通信连接。

所述校准装置依次通过夹具、转台滑环、切换开关与惯性MEMS器件电参数测量系统对接形成校准通路；通过将夹具、转台滑环、切换开关一同引入至校准通路中，使校准测量结果包含了夹具、转台滑环、切换开关所引入的测量误差，使校准结果更加精确，进而提高惯性MEMS电参数测量系统测量的准确度。

本发明另外提供一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置，如图3所示，所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置包括中央处理模块60、夹具适配器10、矩阵开关20、测量模块30、驱动模块40、通信模块70，电阻模块50；其中，中央处理模块60用于基于设定程序对夹具适配器10、矩阵开关20、测量模块30、驱动模块40分别发送相应指令，并接收反馈信号；夹具适配器10用于实现校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的信号对接；矩阵开关20用于对惯性MEMS器件电参数测量系统中需要校准的多个重复通道进行信号切换；驱动模块40用于接收中央处理模块60发出的驱动指令，为校准测量提供标准信号驱动；测量模块30用于提供能够进行数据读取的标准测量仪表，具体为标准电压表；通信模块70用于建立校准装置与控制/显示装置之间的通信路径；电阻模块50用于接收中央处理模块60发出的接入/接出指令，根据接入/接出指令执行执行接入/接出校准通路中，以将校准通路中的电压转换为电流，实现电流测量校准，具体为可编程电阻。

校准装置涉及无线通信部分，同时装置在随惯性MEMS器件电参数测量系统一同运行过程中将整体暴露于转台电机产生的电磁干扰环境下。在校准过程中，无线通信所发射的无线电磁波信号会对校准装置的测量部分产生一定程度的电磁噪声干扰，同时装置受到被测对象电磁干扰，因此校准装置的测量准确度会受到较大影响。因此，本发明所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置的硬件分层结构设计中，将中央处理模块60和通信模块70组成的通信部分，与测量模块30和驱动模块40组成的测量部分之间实行物理隔离；如图4所示，所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置包括上下依次层叠设置的主控板、驱动测量板以及开关适配板，其中，中央处理模块60、通信模块70设置在主控板上，测量模块30、驱动模块40设置在驱动测量板上，夹具适配器10、矩阵开关20设置在开关适配板上；通过采用硬件分层结构设计，从结构上对通信部分和测量部分实行物理隔离；对除通信系统以外的部分采取电磁屏蔽防护措施，降低电磁噪声的影响；进一步的，所述驱动测量板以金属隔板做电磁屏蔽，与主控板和开关适配板进行电磁隔离。

所述开关适配板包括切换板和适配板，所述矩阵开关20设置在切换板上，所述适配板设置在适配板上，切换板与适配板之间通过金属引脚连接，使矩阵开关20通过金属引脚与开关适配器通信连接；所述测量模块30与驱动模块40也分别通过传输导线与矩阵开关20通信连接；所述夹具适配器10、矩阵开关20、测量模块30、驱动模块40均分别与中央处理模块60通信连接，所述中央处理模块60与通信模块70通信连接。

所述惯性MEMS器件电参数测量系统经过切换开关、转台滑环和夹具与校准装置对接形成校准通路。

相应的，本发明还提供一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准方法，是采用上述任一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置来实现的，如图5和图8所示，其包括如下步骤：

S1、建立校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的电信号连接；

S2、输出标准电信号激励，经由惯性MEMS器件电参数测量系统中的夹具、滑环、传输线传导至MEMS电参数测量仪表进行测量并显示测量结果；

S3、通过计算测量结果和标准值之间的误差，根据计算得出校准结果对惯性MEMS器件电参数测量系统进行校准调整。

进一步的，为真实模拟惯性MEMS器件电参数测量系统对MEMS器件的测量环境，如图6所示，所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准方法还包括如下步骤：

S1 a、将校准装置安装在惯性MEMS器件电参数测量系统的被测量对象MEMS器件上与之一起运动。

图7为惯性MEMS器件电参数测量系统测量MEMS器件的结构示意图，为真实模拟惯性MEMS器件电参数测量系统测量环境，所述校准装置安装在MEMS器件的转台/离心机上与之一起运动，使校准装置的运行状态与MEMS器件测试工况完全吻合，确保对惯性MEMS器件电参数测量系统的校准过程与其实际工作过程保持相一致的工况。校准装置在转台/离心机上运行，校准接口直接与器件夹具相连，校准过程中，校准装置与转台/离心机随动，实现原位计量，从而能通过校准结果准确标准惯性MEMS器件电参数测量系统的电参数测量误差及测量噪声。

本发明所述的惯性MEMS器件电参数测量系统主要包含电源电压输出、电流测量、电压测量等三个需要校准的参数，因此本发明针对性设计了三个校准参数的校准模型分别如图9、图10、图11所示。

将惯性MEMS器件电参数测量系统与校准装置按照图9所示进行连接并建立校准通路，所述惯性MEMS器件电参数测量系统的电源电压输出信号经过切换开关、转台滑环和夹具等部件与校准装置对接，信号经过校准装置中的夹具适配器10和矩阵开关20之后接入到标准电压表，电源电压输出由标准电压表中直接读取测量数值。

电流测量主要是通过电压、电阻转换的方式测量，将惯性MEMS器件电参数测量系统与校准装置按照图10所示进行连接并建立校准通路，

惯性MEMS器件电参数测量系统的电源经过切换开关、转台滑环和夹具与校准装置对接，经过校准装置中的夹具适配器10和矩阵开关20之后接到可编程电阻，并在整个回路中形成电流，电流值由惯性MEMS器件电参数测量系统的电流测量部件测得，电流在可编程电阻两端产生的压降由并联的标准电压表测得，通过欧姆定理可计算出回路中的实际电流，和惯性MEMS器件电参数测量系统电流测量值进行对比，完成电流测量校准。

将惯性MEMS器件电参数测量系统与校准装置按照图11所示进行连接并建立校准通路，校准装置中的标准电压源产生电压信号，经过矩阵开关20和夹具适配器10之后接入到惯性MEMS器件电参数测量系统，经过惯性MEMS器件电参数测量系统中的夹具、转台滑环和切换开关与电压测量部件对接，电压测量数值自电压测量部件中直接读取。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实施例的模块、单元和/或方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置，其特征在于，所述校准装置依次通过夹具、转台滑环、切换开关与惯性MEMS器件电参数测量系统对接形成校准通路；所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置包括夹具适配器、矩阵开关、测量模块、驱动模块、电阻模块；其中，

夹具适配器用于实现校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的信号对接；

矩阵开关与夹具适配器通信连接，用于对惯性MEMS器件电参数测量系统中需要校准的多个重复通道进行信号切换；

驱动模块与矩阵开关通信连接，用于为校准测量提供标准信号驱动；

测量模块与矩阵开关通信连接，用于提供能够进行数据读取的标准测量仪表；

电阻模块串联设置在所述校准通路中，用于将校准通路中的电压转换为电流，实现电流测量校准;

所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置还包括驱动测量板和开关适配板，所述驱动测量板和开关适配板上下层叠设置，所述测量模块、驱动模块以及电阻模块设置在驱动测量板上，所述夹具适配器、矩阵开关设置在开关适配板上。

2.一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置，其特征在于，所述校准装置依次通过夹具、转台滑环、切换开关与惯性MEMS器件电参数测量系统对接形成校准通路；所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置包括中央处理模块、夹具适配器、矩阵开关、测量模块、驱动模块、通信模块，电阻模块；其中，

中央处理模块用于基于设定程序对夹具适配器、矩阵开关、测量模块、驱动模块分别发送相应指令，并接收反馈信号；

夹具适配器用于实现校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的信号对接；

矩阵开关与夹具适配器通信连接，用于对惯性MEMS器件电参数测量系统中需要校准的多个重复通道进行信号切换；

驱动模块与矩阵开关通信连接，用于接收中央处理模块发出的驱动指令，为校准测量提供标准信号驱动；

测量模块与矩阵开关通信连接，用于提供能够进行数据读取的标准测量仪表；

通信模块用于建立校准装置与控制/显示装置之间的通信路径；

电阻模块串联设置在所述校准通路中，用于接收中央处理模块发出的接入/接出指令，根据接入/接出指令执行接入/接出校准通路中，以将校准通路中的电压转换为电流，实现电流测量校准；

所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置包括上下依次层叠设置的主控板、驱动测量板以及开关适配板，其中，中央处理模块、通信模块设置在主控板上，测量模块、驱动模块以及电阻模块设置在驱动测量板上，夹具适配器、矩阵开关设置在开关适配板上。

3.根据权利要求2所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置，其特征在于，所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置的硬件分层结构设计中，中央处理模块和通信模块组成的通信部分，测量模块、驱动模块以及电阻模块组成的测量部分，所述通信部分和测量部分之间实行物理隔离。

4.根据权利要求2所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置，其特征在于，所述驱动测量板以金属隔板做电磁屏蔽，与主控板和开关适配板进行电磁隔离。

5.一种惯性MEMS器件电参数测量系统的校准方法，其采用权利要求1至4中任意一项所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准装置来实现，其特征在于，包括如下步骤：

建立校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的电信号连接；

输出标准电信号激励，经由惯性MEMS器件电参数测量系统中的夹具、滑环、传输线传导至MEMS电参数测量仪表进行测量并显示测量结果；

通过计算测量结果和标准值之间的误差，根据计算得出校准结果对惯性MEMS器件电参数测量系统进行校准调整。

6.根据权利要求5所述惯性MEMS器件电参数测量系统的校准方法，其特征在于，在所述建立校准装置与惯性MEMS器件电参数测量系统之间的电信号连接之前，还包括：

将校准装置安装在惯性MEMS器件电参数测量系统的被测量对象MEMS器件上，并与之一起运动。

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