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201301/29

如何选择陀螺仪

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简介

 

选择陀螺仪时,需要考虑将最大误差源最小化。在大多数应用中,振动敏感度是最大的误差源。其它参数可以轻松地通过校准或求取多个传感器的平均值来改善。偏置稳定度是误差预算较小的分量之一。

 

浏览高性能陀螺仪数据手册时,多数系统设计师关注的第一个要素是偏置稳定度规格。毕竟,它描述的是陀螺仪的分辨率下限,理所当然是反映陀螺仪性能的最佳指标!然而,实际的陀螺仪会因为多种原因而出现误差,使得用户无法获得数据手册中宣称的高偏置稳定度。的确,可能只有在实验室内才能获得那么高的性能。传统方法是借助补偿来最大程度地降低这些误差源的影响。本文将讨论多种此类技术及其局限性。最后,我们将讨论另一种可选范式——根据机械性能选择陀螺仪,以及必要时如何提高其偏置稳定度。

 

环境误差

 

所有中低价位的MEMS陀螺仪都有一定的时间-零点偏置和比例因子误差,此外还会随温度而发生一定的变化。因此,对陀螺仪进行温度补偿是很常见的做法。一般而言,陀螺仪集成温度传感器的目的就在于此。温度传感器的绝对精度并不重要,重要的是可重复性以及温度传感器与陀螺仪实际温度的紧密耦合。现代陀螺仪的温度传感器几乎毫不费力就能达到这些要求。

 

许多技术可以用于温度补偿,如多项式曲线拟合、分段线性近似等。只要记录了足够数量的温度点,并且在校准过程中采取了充分的措施,那么具体使用何种技术是无关紧要的。例如,在每个温度的放置时间不足是一个常见的误差源。然而,无论采用何种技术,无论有多细心,温度迟滞——即通过冷却与通过加热达到某一特定温度时的输出之差——都将是限制因素。

 

图1所示为陀螺仪ADXRS453的温度迟滞环路。温度从+25℃变为+130℃,再变为–45℃,最后回到+25℃,与此同时记录未补偿陀螺仪的零点偏置测量结果。加热周期与冷却周期中的+25℃零点偏置输出存在细微的差异(本例中约为0.2°/s),这就是温度迟滞。此误差无法通过补偿来消除,因为无论陀螺仪上电与否,它都会出现。此外,迟滞的幅度与所施加的温度“激励”量成比例。也就是说,施加于器件的温度范围越宽,则迟滞越大。

 

 


文章作者:传感器
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