CN114111844A - 一种mems惯性器件测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MEMS惯性器件测试系统，包括：旋转模块、第一采集模块、滑环线、第二采集模块和控制模块；旋转模块包括转轴和环绕转轴设置的2n个测试端口，用于对应测试2n个以内的待测MEMS惯性器件；第一采集模块包括至少一个译码器；第一采集模块包括n路输入端和2n路输出端；2n路输出端用于连接2n个测试端口；滑环线包括n路滑环连接线；n路滑环连接线的一端连接第一采集模块的输入端；第二采集模块设有n路片选信号端；n路片选信号端连接滑环连接线的另一端；本发明能够通过在滑环线两端采用片选信号端和译码器，实现n条滑环线控制2n个待测件，解决了滑环线数量限制批量标定待测件数量的问题，提高了测试效率。

Description

一种MEMS惯性器件测试系统
技术领域
本发明涉及MEMS测试技术领域，尤其涉及一种MEMS惯性器件测试系统。
背景技术
MEMS惯性器件包括MEMS陀螺和加速度计两种产品，分别测量物体运动的角速度和线加速度，具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高和成本低廉等优点。MEMS惯性器件在武器装备、导航测控等军事领域及工业、互联网等民用领域正发挥越来越大的作用。
MEMS惯性器件的标定测试，是获得器件误差参数、误差校准和提高器件精度的重要手段。目前，大部分MEMS惯性器件的系统集成前标定仅限于常温标度因数归一化和常温零偏校准。MEMS惯性器件在系统中使用时需要标定的零偏温度系数、标度因数温度系数和标度因数非线性，全部放到了系统集成后，随系统进行标定测试。受制于系统集成后的体积、功耗等因素限制，MEMS惯性器件随系统标定测试难以实现批量化及自动化，不能满足器件大批量使用的需求。在MEMS惯性器件系统集成前单芯片状态时，进行零偏温度系数、标度因数温度系数和标度因数非线性的批量化自动标定及测试，将大幅度提高使用MEMS惯性器件的效率。
现有技术测试方法，滑环线数量对应测试件数量，由于转台的滑环线数量有限，一般为几十环，所以滑环数量限制了单次批量标定的数量，导致测试效率低。
发明内容
本发明实施例提供了一种MEMS惯性器件测试系统，以解决现有技术中滑环线数量限制单次批量标定待测件的数量，测试效率低的问题。
本发明实施例提供了一种MEMS惯性器件测试系统，包括：旋转模块、第一采集模块、滑环线、第二采集模块和控制模块。
所述旋转模块包括转轴和环绕转轴设置的2n个测试端口，用于对应设置2n个以内的待测MEMS惯性器件，并对待测MEMS惯性器件进行测量；
所述第一采集模块包括至少一个译码器；所述第一采集模块包括n路输入端和2n路输出端；所述2n路输出端用于连接2n个测试端口。
所述滑环线包括n路滑环连接线；所述n路滑环连接线的一端连接所述第一采集模块的n路输入端。
所述第二采集模块设有n路片选信号端；所述n路片选信号端连接所述n路滑环连接线的另一端。
所述控制模块与所述旋转模块连接，用于发送测试指令控制所述转轴旋转；
所述控制模块与所述第二采集模块连接，用于获取各测试端口经第一采集模块、滑环线和第二采集模块传输来的测量数据，并分析获得MEMS惯性器件测试结果。
在一种可能的实现方式中，所述第二采集模块包括m个第一片选信号端和n个第二片选信号端，m大于1，n大于1。
所述滑环线包括m路第一滑环连接线和n路第二滑环连接线；所述第一滑环连接线的一端连接所述第二采集模块的第一片选信号端；所述第二滑环连接线的一端连接所述第二采集模块的第二片选信号端。
所述第一采集模块包括m个译码器，每个译码器包括一个使能端、n路输入端和2n路输出端；所述第一滑环连接线的另一端连接所述译码器的使能端；所述第二滑环连接线的另一端连接所述译码器的输入端，每个所述译码器的n路输入端共用所述第二滑环连接线的另一端。
每个所述译码器的输出端连接2n个所述测试端口。
所述控制模块具体用于获取m*2n个所述测试端口经第一采集模块、滑环线和第二采集模块传输来的测量数据，并分析获得MEMS惯性器件测试结果。
在一种可能的实现方式中，所述第二采集模块包括m个第一片选信号端和n个第二片选信号端，m大于1，n大于1。
所述滑环线包括m路第一滑环连接线和n路第二滑环连接线；所述第一滑环连接线的一端连接所述第二采集模块的第一片选信号端；所述第二滑环连接线的一端连接所述第二采集模块的第二片选信号端。
所述第一采集模块包括至少一个第一译码器和2m个第二译码器。
所述第一译码器包括m个输入端和2m个输出端；所述第一译码器的输入端连接所述第一滑环连接线的另一端。
每个所述第二译码器包括一个使能端；所述第一译码器的输出端连接各个所述第二译码器的使能端；
每个所述第二译码器包括n路输入端和2n路输出端；所述第二译码器的输入端连接所述第二滑环连接线的另一端；每个所述第二译码器的n路输入端共用所述第二滑环连接线的另一端；
每个所述第二译码器的输出端连接2n个所述测试端口；
所述控制模块具体用于获取2m*2n个所述测试端口经第一采集模块、滑环线和第二采集模块传输来的测量数据，并分析获得MEMS惯性器件测试结果。
在一种可能的实现方式中，所述第二采集模块还包括主设备数据输入端、主设备数据输出端、时钟信号端、电源端和接地端。
所述滑环线还包括5路第三滑环连接线，所述第三滑环连接线的一端连接所述主设备数据输入端、所述主设备数据输出端、所述时钟信号端、所述电源端和所述接地端；所述第三滑环连接线的另一端连接各个所述测试端口。
在一种可能的实现方式中，m为8，n为4；所述译码器为4/16译码器。
在一种可能的实现方式中，所述转轴到每个所述测试端口的距离相等。
在一种可能的实现方式中，所述转轴上设置多层所述测试端口。
在一种可能的实现方式中，所述转轴垂直放置时，旋转为待测MEMS惯性器件提供角速度测试；所述转轴水平放置时，旋转为待测MEMS惯性器件提供加速度测试。
在一种可能的实现方式中，所述系统还包括箱体；所述箱体内放置旋转模块、滑环线和第一采集模块；所述箱体还包括温控模块；所述温控模块用于调节待测MEMS惯性器件的环境温度。
在一种可能的实现方式中，所述系统用于通过在不同所述环境温度下旋转所述转轴，测试MEMS惯性器件的标度因数。
本发明实施例提供一种MEMS惯性器件测试系统，包括：旋转模块、第一采集模块、滑环线、第二采集模块和控制模块；所述旋转模块包括转轴和环绕转轴设置的2n个测试端口，用于对应设置2n个以内的待测MEMS惯性器件，并对待测MEMS惯性器件进行测量；所述第一采集模块包括至少一个译码器；所述第一采集模块包括n路输入端和2n路输出端；所述2n路输出端用于连接2n个测试端口；所述滑环线包括n路滑环连接线；所述n路滑环连接线的一端连接所述第一采集模块的n路输入端；所述第二采集模块设有n路片选信号端；所述n路片选信号端连接所述n路滑环连接线的另一端；所述控制模块与所述旋转模块连接，用于发送测试指令控制所述转轴旋转；所述控制模块与所述第二采集模块连接，用于获取各测试端口经第一采集模块、滑环线和第二采集模块传输来的测量数据，并分析获得MEMS惯性器件测试结果。通过在滑环线两端采用片选信号端和译码器，实现n条滑环线控制2n个待测件，解决了现有技术中滑环线数量限制单次批量标定待测件的数量，待测件数量小于滑环线数量的问题，提高了单次批量标定待测件的数量，提高了测试效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种MEMS惯性器件测试系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的采集模块的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的采集模块的电路示意图；
图4是本发明实施例提供的双译码器采集模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
图1为本发明实施例提供的一种MEMS惯性器件测试系统的结构示意图。
参照图1，该MEMS惯性器件测试系统包括：旋转模块、第一采集模块3、滑环线4、第二采集模块5和控制模块6。
旋转模块包括转轴1和环绕转轴1设置的2n个测试端口2，用于对应设置2n个以内的待测MEMS惯性器件，并对待测MEMS惯性器件进行测量。
第一采集模块3包括至少一个译码器31；第一采集模块3包括n路输入端和2n路输出端；2n路输出端用于连接2n个测试端口2。
滑环线4包括n路滑环连接线；n路滑环连接线的一端连接第一采集模块3的n路输入端。
第二采集模块5设有n路片选信号端；n路片选信号端连接n路滑环连接线的另一端。
控制模块6与旋转模块连接，用于发送测试指令控制转轴1旋转。
控制模块6与第二采集模块5连接，用于获取测试端口2经第一采集模块3、滑环线4和第二采集模块5传输来的测量数据，并分析获得MEMS惯性器件测试结果。
单芯片MEMS惯性器件多采用四线串行接口通信协议，如果批量测试n只MEMS惯性器件，则需要4*n条滑环线4连接到待测MEMS惯性器件。
滑环线4是一种可旋转的连接器，是专门为旋转体连通、输送能源与信号电气的部件。滑环线4由旋转与静止两部分组成，旋转部分连接转轴1并随之运转；静止部分连接固定的结构。由于滑环线4数量有限，一般为几十环，所以滑环线4的数量严重制约了批量标定测试的数量。
示例性的，第二采集模块5可采用串行外设接口。
MEMS惯性器件系统集成前单芯片状态时通常包括专用集成电路。
示例性的，控制模块6还用于控制第一采集模块3、第二采集模块5将初始设定数据、标定测试后的补偿参数写入专用集成电路。
在MEMS惯性器件系统集成前单芯片状态时，进行批量化自动标定测试，标定后将补偿参数写入专用集成电路中，将大幅度提高MEMS惯性器件系统集成时的效率。
图2是本发明实施例提供的采集模块的结构示意图；参照图2：
在一个可选的实施例中，第二采集模块5包括m个第一片选信号端56和n个第二片选信号端57，m大于1，n大于1。
滑环线4包括m路第一滑环连接线41和n路第二滑环连接线42；第一滑环连接线41的一端连接第二采集模块5的第一片选信号端56；第二滑环连接线42的一端连接第二采集模块5的第二片选信号端57。
第一采集模块3包括m个译码器31，每个译码器31包括一个使能端、n路输入端和2n路输出端；第一滑环连接线41的另一端连接译码器31的使能端；每一路上述第一滑环连接线41对应一个译码器31。
第二滑环连接线42的另一端连接译码器31的输入端，每个译码器31的n路输入端共用第二滑环连接线42的另一端；每一路第二滑环连接线42对应多个译码器31。
每个译码器31的输出端连接2n个测试端口2。
控制模块6具体用于获取m*2n个测试端口2经第一采集模块3、滑环线4和第二采集模块5传输来的测量数据，并分析获得MEMS惯性器件测试结果。
在一个可选的实施例中，第二采集模块5还包括主设备数据输入端55、主设备数据输出端54、时钟信号端53、电源端和接地端。
滑环线4还包括5路第三滑环连接线，第三滑环连接线的一端连接主设备数据输入端55、主设备数据输出端54、时钟信号端53、电源端和接地端；第三滑环连接线的另一端连接各个测试端口2。
示例性的，第一采集模块3与各个测试端口2之间还包括通道划分模块7；通道划分模块7用于将共用线重新划分，以使每个测试端口2连接到第三滑环连接线的另一端。
示例性的，通道划分模块7还用于连接译码器31的输出端与测试端口2，以使每个测试端口2与译码器31的输出端一一对应。
图3本发明实施例提供的采集模块的电路示意图；参照图3：
在一个可选的实施例中，m为8，n为4；译码器31为4/16译码器。
示例性的，第二采集模块5可以包括NI USB-8451采集卡51和电源52。
NI USB-8451采集卡51包括主设备数据输入端55、主设备数据输出端54、时钟信号端53、8个第一片选信号端56和4个第二片选信号端57；电源52包括电源端和接地端。
相应的，滑环线4包括8路第一滑环连接线41、4路第二滑环连接线42和5路第三滑环连接线，合计17路。
通过采用NI USB-8451采集卡51和8个4/16译码器，可以实现128个MEMS惯性器件的标定测试。
图4是本发明实施例提供的双译码器采集模块的结构示意图；参照图4：
在一个可选的实施例中，第二采集模块5包括m个第一片选信号端56和n个第二片选信号端57，m大于1，n大于1。
滑环线4包括m路第一滑环连接线41和n路第二滑环连接线42；第一滑环连接线41的一端连接第二采集模块5的第一片选信号端56；第二滑环连接线42的一端连接第二采集模块5的第二片选信号端57。
第一采集模块3包括至少一个第一译码器33和2m个第二译码器32。
第一译码器33包括m个输入端和2m个输出端；第一译码器33的输入端连接第一滑环连接线41的另一端。
每个第二译码器32包括一个使能端；第一译码器33的输出端连接各个第二译码器32的使能端；第一译码器33的一个输出端对应一个第二译码器32。
每个第二译码器32包括n路输入端和2n路输出端；第二译码器32的输入端连接第二滑环连接线42的另一端；每个第二译码器32的n路输入端共用第二滑环连接线42的另一端；每一路第二滑环连接线42对应多个第二译码器32。
每个第二译码器32的输出端连接2n个测试端口2。
控制模块6具体用于获取2m*2n个测试端口2经第一采集模块3、滑环线4和第二采集模块5传输来的测量数据，并分析获得MEMS惯性器件测试结果。
通过利用双译码器结构，减少了第一滑环连接线41的数量，使用m+n路滑环线4，可实现控制2m*2n个待测MEMS惯性器件。提高了批量测试的效率。
在一个可选的实施例中，转轴1到每个测试端口2的距离相等。测试端口2与待测MEMS惯性器件一一对应，即转轴1到每个待测MEMS惯性器件的距离相等。以使转轴1旋转时，每个待测MEMS惯性器件的角速度或加速度相等。
在一个可选的实施例中，转轴1垂直放置时，旋转为待测MEMS惯性器件提供角速度测试；转轴1水平放置时，旋转为待测MEMS惯性器件提供加速度测试。
示例性的，当被测器件为MEMS陀螺时，转轴1可垂直放置，转轴1旋转为陀螺提供角速率输入。
示例性的，当被测器件为MEMS加速度计时，转轴1可水平放置，转轴1旋转为加速度计提供±1g下的加速度输入。
在一个可选的实施例中，转轴1上设置多层测试端口2。
示例性的，可设置2n层；
示例性的，每层设置2n个测试端口2；每层可测试待测MEMS惯性器件的数量为2n个。
在一个可选的实施例中，系统还包括箱体；箱体内放置旋转模块、滑环线4和第一采集模块3；箱体还包括温控模块；温控模块用于调节待测MEMS惯性器件的环境温度；控制模块6具体用于控制温控模块调节箱体内温度。
示例性的，滑环线4静止部分连接箱体，滑环线4旋转部分连接转轴1；
可以根据不同MEMS惯性器件的特性，选取不同关键温度点进行测试。
示例性的，温控模块控制环境温度变化范围是-45℃至85℃；
示例性的，温控模块控制环境温度变化梯度是10℃，即测试时温度每次变化10℃。
在一个可选的实施例中，上述系统用于通过在不同环境温度下旋转转轴1，测试MEMS惯性器件的标度因数。
标定因数是MEMS惯性器件的输出量与输入量的比值；通过转轴1旋转为MEMS惯性器件提供角速度或加速度输入量，通过采集MEMS惯性器件实测值获得输出量。
示例性的，标度因数可在常温25℃环境下测量。
示例性的，上述系统可用于测试零偏温度系数、标定因数温度系数和标度因数非线性。
零偏温度系数是测试零偏随温度的变化量。
标定因数温度系数表征标度因数在不同温度下的变化；通过箱体调节待测件的环境温度，获得不同温度下的标度因数变化。
标度因数非线性表征实际输入与输出的偏离程度。
示例性的，标定测试流程包括：标定测试、标定后计算和标定后测试。
标定测试包括，常温线性度测试、不同温度点下的标度因数及零偏测试，同时需要测试在该温度点下的MEMS惯性器件自带的温度传感器输出，用于计算温度传感器参数。可根据不同MEMS惯性器件的特性，选取不同关键温度点进行上述测试。
标定后计算，根据选用的计算模型和已有的测试数据计算标定参数，主要包括标度因数温度多项式系数、零偏温度多项式系数及温度传感器标定系数。一般采用四阶多项式模型计算标度及零偏多项式系数，一阶线性模型计算温度传感器标定系数。系统可以根据MEMS惯性器件不同特性选取不同计算模型，并将计算后的多项式系数写入MEMS惯性器件。
标定后测试，目的是测试标定后的效果是否满足指标要求。测试项目主要包括：标度因数、线性度、零偏温度系数，标度因数温度系数。系统还可以根据需要，增加其它测试项目如：零偏稳定性、角度随机游走、零偏重复性、标度因数重复性等。测试完成后，系统可自动计算测试结果并生成测试报告。
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 (10)

1.一种MEMS惯性器件测试系统，其特征在于，包括：旋转模块、第一采集模块、滑环线、第二采集模块和控制模块；
所述旋转模块包括转轴和环绕转轴设置的2n个测试端口，用于对应设置2n个以内的待测MEMS惯性器件，并对待测MEMS惯性器件进行测量；
所述第一采集模块包括至少一个译码器；所述第一采集模块包括n路输入端和2n路输出端；所述2n路输出端用于连接2n个测试端口；
所述滑环线包括n路滑环连接线；所述n路滑环连接线的一端连接所述第一采集模块的n路输入端；
所述第二采集模块设有n路片选信号端；所述n路片选信号端连接所述n路滑环连接线的另一端；
所述控制模块与所述旋转模块连接，用于发送测试指令控制所述转轴旋转；
所述控制模块与所述第二采集模块连接，用于获取各测试端口经第一采集模块、滑环线和第二采集模块传输来的测量数据，并分析获得MEMS惯性器件测试结果。
2.如权利要求1所述的一种MEMS惯性器件测试系统，其特征在于，所述第二采集模块包括m个第一片选信号端和n个第二片选信号端，m大于1，n大于1；
所述滑环线包括m路第一滑环连接线和n路第二滑环连接线；所述第一滑环连接线的一端连接所述第二采集模块的第一片选信号端；所述第二滑环连接线的一端连接所述第二采集模块的第二片选信号端；
所述第一采集模块包括m个译码器，每个译码器包括一个使能端、n路输入端和2n路输出端；所述第一滑环连接线的另一端连接所述译码器的使能端；所述第二滑环连接线的另一端连接所述译码器的输入端，每个所述译码器的n路输入端共用所述第二滑环连接线的另一端；
每个所述译码器的输出端连接2n个所述测试端口；
所述控制模块具体用于获取m*2n个所述测试端口经第一采集模块、滑环线和第二采集模块传输来的测量数据，并分析获得MEMS惯性器件测试结果。
3.如权利要求1所述的一种MEMS惯性器件测试系统，其特征在于，所述第二采集模块包括m个第一片选信号端和n个第二片选信号端，m大于1，n大于1；
所述滑环线包括m路第一滑环连接线和n路第二滑环连接线；所述第一滑环连接线的一端连接所述第二采集模块的第一片选信号端；所述第二滑环连接线的一端连接所述第二采集模块的第二片选信号端；
所述第一采集模块包括至少一个第一译码器和2m个第二译码器；
所述第一译码器包括m个输入端和2m个输出端；所述第一译码器的输入端连接所述第一滑环连接线的另一端；
每个所述第二译码器包括一个使能端；所述第一译码器的输出端连接各个所述第二译码器的使能端；
每个所述第二译码器包括n路输入端和2n路输出端；所述第二译码器的输入端连接所述第二滑环连接线的另一端；每个所述第二译码器的n路输入端共用所述第二滑环连接线的另一端；
每个所述第二译码器的输出端连接2n个所述测试端口；
所述控制模块具体用于获取2m*2n个所述测试端口经第一采集模块、滑环线和第二采集模块传输来的测量数据，并分析获得MEMS惯性器件测试结果。
4.如权利要求2或3所述的一种MEMS惯性器件测试系统，其特征在于，
所述第二采集模块还包括主设备数据输入端、主设备数据输出端、时钟信号端、电源端和接地端；
所述滑环线还包括5路第三滑环连接线，所述第三滑环连接线的一端连接所述主设备数据输入端、所述主设备数据输出端、所述时钟信号端、所述电源端和所述接地端；所述第三滑环连接线的另一端连接各个所述测试端口。
5.如权利要求2所述的一种MEMS惯性器件测试系统，其特征在于，m为8，n为4；所述译码器为4/16译码器。
6.如权利要求1所述的一种MEMS惯性器件测试系统，其特征在于，所述转轴到每个所述测试端口的距离相等。
7.如权利要求6所述的一种MEMS惯性器件测试系统，其特征在于，所述转轴上设置多层所述测试端口。
8.如权利要求7所述的一种MEMS惯性器件测试系统，其特征在于，所述转轴垂直放置时，旋转为待测MEMS惯性器件提供角速度测试；
所述转轴水平放置时，旋转为待测MEMS惯性器件提供加速度测试。
9.如权利要求8所述的一种MEMS惯性器件测试系统，其特征在于，所述系统还包括箱体；
所述箱体内放置旋转模块、滑环线和第一采集模块；
所述箱体还包括温控模块；所述温控模块用于调节待测MEMS惯性器件的环境温度。
10.如权利要求9所述的一种MEMS惯性器件测试系统，其特征在于，所述系统用于通过在不同所述环境温度下旋转所述转轴，测试MEMS惯性器件的标度因数。
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