در زمینه هایی مانند ناوبری بی وقفه، کنترل هواپیماهای بدون سرنشین و پوشیدنی های هوشمند، دقت اندازه گیری جیروسکوپ های MEMS به طور مستقیم عملکرد سیستم را تعیین می کند.به دلیل عواملی مانند فشارهای بسته بندی، حرکت دمایی و خطا بی طرفی صفر، جیروسکوپ های MEMS در معرض انحراف داده ها پس از خروج از کارخانه هستند.کنترل شده با درجه حرارتدستگاه های گردشی، به عنوان تجهیزات کالیبراسیون اختصاصی، می تواند با استفاده از روش های استاندارد، خطاهای سیستم را از بین ببرد و به جیروسکوپ اجازه دهد تا به حالت اندازه گیری مطلوب خود بازگردد.این مقاله مراحل اصلی و فن آوری های کلیدی برای کالیبراسیون جیروسکوپ های MEMS را با استفاده ازدمای...دستگاه چرخ دار کنترل شده، به مهندسان کمک می کند تا کار کالیبراسیون را به طور کارآمد انجام دهند.

I. آماده سازی قبل از کالیبراسیون: بررسی دوگانه تجهیزات و پارامترها

کالیبراسیون دقیق نیاز به یک محیط تست پایدار دارد و کار آماده سازی هسته ای در اطراف "تطابق تجهیزات" و "بازیافت حالت" می چرخد:

انتخاب و اتصال تجهیزات:دستگاه چرخش با دمای کنترل شدهبا محدوده سرعت زاویه ای که محدوده اندازه گیری ژایروسکوپ را پوشش می دهد (معمولا ±1000°/s تا ±20000°/s) و دقت موقعیت زاویه ای ≤0.001°؛ارتباطات کامل داده بین صفحه چرخش و ژایروسکوپ از طریق رابط RS485/USB، و به یک سیستم کنترل دمای متصل شود تا دمای محیط را در 25°C±2°C ثابت کند (برای از بین بردن تداخل دمای).

پیش پردازش با جیروسکوپ: جیروسکوپ MEMS را به بستر نصب مرکزی صفحه گردشی ثابت کنید، اطمینان حاصل کنید که سطح نصب عمودی به محور چرخش صفحه گردشی است (خطای هم محوری ≤ 0.02mm) ؛برای ۳۰ دقیقه از قبل گرم شود تا مدار داخلی ژایروسکوپ به تعادل حرارتی برسد و از تغییر دمای اولیه جلوگیری شود تا بر داده های کالیبراسیون تأثیر بگذارد..

تنظیم پارامتر مرجع: وارد کردن پارامترهای اساسی مانند مدل ژایروسکوپ، حساسیت اسمی (به عنوان مثال، 10mV/(°/s) ، و ولتاژ بی طرفی صفر به سیستم کنترل دستگاه چرخش،تنظیم کنیدپروتکل کالیبراسیون استاندارد (به عنوان مثال، IEEE 1554.2) و تکمیل تطابق پارامتر بین دستگاه ها.

II. فرآیند کالیبراسیون هسته ای: کالیبراسیون تمام بعد از بی طرفی صفر استاتیک به سرعت پویا

دستگاه کنترل شده درجه حرارتدستگاه چرخش، کالیبراسیون جامع از انحراف صفر، حساسیت و خطا غیرخطی گیروسکوپ را از طریق ترکیبی از موقعیت ثابت و چرخش پویا به دست می آورد.فرآیند اصلی شامل سه مرحله است:

1کالیبراسیون صفر تعصب استاتیک: حذف خطا استاتیک

خطا بی طرفی صفر، حرکت خروجی یک ژایروسکوپ در هنگام ایستادگی است و یک عامل کلیدی است که بر دقت اندازه گیری های استاتیک تاثیر می گذارد.درجه حرارت کنترل شدهچرخ دنده ثابت نگه داشته شد (سرعت زاویه ای = 0 ° / s) و داده های خروجی ژایروسکوپ به طور مداوم برای 10 دقیقه جمع آوری شد. یک مقدار ولتاژ هر 10ms ثبت شد.و میانگین انحراف صفر با استفاده از فرمول زیر محاسبه شد::

تعصب صفرV0= (ΣVi) /n(i= 1 تاn، کجاnتعداد کل مجموعه داده ها است)

مقادیر متناوب که از محدوده 3σ (σ انحراف استاندارد است)حذف می شوند و مقدار بی طرفی صفر نهایی به عنوان معیار برای اصلاح داده های بعدی استفاده می شود.

2کالیبراسیون حساسیت پویا: ایجاد رابطه خطی بین ورودی و خروجی.

حساسیت نسبت تغییر خروجی گیروسکوپ به سرعت زاویه ورودی آن است؛ کالیبراسیون باید کل محدوده آن را پوشش دهد.دستگاه چرخش کنترل شده با درجه حرارت به طور یکنواخت با پنج سرعت زاویه ای مشخص (به عنوان مثال، 100°/s، 500°/s، 1000°/s، 1500°/s، 2000°/s) چرخش می کند. پس از تثبیت برای 3 دقیقه در هر سرعت،داده ها جمع آوری می شوند، و ولتاژ خروجی متوسطViبر اساس هر نرخ محاسبه می شود.

حساسیتK= (Vi-V0) /ωi(ωiسرعت زاویه ای تنظیم شده از صفحه چرخش است)

باωiبه عنوان محور افقی و (Vi-V0) به عنوان محور عمودی. محاسبه معادله مناسب خطی با استفاده از حداقل مربع روش برای اطمینان از اینکه خوبی از مناسبR2≥ 0.999شیب در این نقطه حساسیت واقعی پس از کالیبراسیون است.

3. کالیبراسیون خط خطی: انحرافات را در سراسرکاملمحدوده اندازه گیری

بر اساس کالیبراسیون حساسیت، ۱۰ نقطه سرعت زاویه ای به طور یکنواخت توزیع شده را اضافه کنید (به عنوان مثال، 200°/s، 400°/s...1800°/s) ، فرآیند جمع آوری داده های پویا را تکرار کنید.و محاسبه انحراف بین خروجی واقعی و ارزش نصب خطی در هر نقطه:

خطای غیر خطیδ= [(_واقعیV-_مجهزV) / (در مقیاس کاملV - V0) ] × 100٪

اگهδبیش از الزامات عملکرد ژایروسکوپ (معمولا ≤0.5%) ، یک ضریب جبران خطا نیاز به استفاده از سیستم کنترل دوربين برای دستیابی به تصحیح غیرخطی در سراسرکاملمحدوده

III. تأیید پس از کالیبراسیون: یک گام کلیدی در تضمین قابلیت اطمینان داده ها

پس از کالیبراسیون، سیستم باید هر دو "بررسي کالیبراسیون مجدد" و "بررسي سناریو" را پشت سر بگذارد.

1.کالیبراسیون مجدد و تأیید: به صورت تصادفی انتخاب 3 زاویه اینرخنقاط (به عنوان مثال 300°/s، 800°/s، 1600°/s) ، فرآیند کالیبراسیون پویا را تکرار کنید و حساسیت و انحراف صفر دو کالیبراسیون را مقایسه کنید. انحراف باید ≤0.1٪ باشد. در غیر این صورت،دقت نصب و پیوند جمع آوری داده باید دوباره بررسی شود..

2.آزمایش سناریو: ژایروسکوپ کالیبر شده را به واحد اندازه گیری بی وقفه (IMU) متصل کنید، تغییرات موضع هواپیما بدون سرنشین را شبیه سازی کنید (مانند شیب و چرخش ± 30 °) از طریقبا درجه حرارت کنترل شدهدوربين، داده های موقعیت زاویه ای را که توسط ژایروسکوپ تولید می شود جمع آوری کنید و آن را با موقعیت زاویه ای استاندارد دوربين مقایسه کنید.

از طریق کالیبراسیون استاندارد با استفاده ازکنترل دمایچرخ دار، ثبات بی طرفی جیروسکوپ های MEMS می تواند بیش از ۵۰٪ بهبود یابد و خطا حساسیت می تواند در حدود ۰.۱٪ کنترل شود،ارائه یک تضمین اصلی برای عملکرد دقیق سیستم های بعدی.