MEMS陀螺儀有多精確?

MEMS陀螺儀是一種用于測量和保持方向的儀器，在航空、航天、航海、地震學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。MEMS陀螺儀的精度是衡量其性能的重要指標之一，直接影響到陀螺儀的使用效果和可靠性。

MEMS陀螺儀的精度指標主要包括零偏、漂移、穩(wěn)定性和可重復(fù)性。其中，零偏是指陀螺儀在靜態(tài)狀態(tài)下輸出的非零信號，會導(dǎo)致陀螺儀的測量結(jié)果偏離真實值。漂移是指陀螺儀在運動狀態(tài)下輸出的非零值數(shù)，它會使陀螺儀的測量結(jié)果隨時間發(fā)生變化。穩(wěn)定性是指陀螺儀在長期使用過程中性能的穩(wěn)定性，它直接影響到陀螺儀的可靠性和使用壽命。重復(fù)性是指陀螺儀多次測量同一物理量時輸出結(jié)果的一致性，是評價陀螺儀測量精度的重要指標之一。

MEMS陀螺儀的主要性能參數(shù)

1. 零偏穩(wěn)定性

尋北MEMS 陀螺

零偏差是指陀螺儀在零輸入狀態(tài)下的輸出，用長時間輸出的平均值表示，等于輸入角速率，即觀測值在零偏差周圍的色散程度，如0.005度/秒表示它每秒會漂移0.005度。Ericco的ER-MG2 -50/100高性能尋北MEMS陀螺儀的零偏穩(wěn)定性可達0.1°/hr，零偏重復(fù)性為0.1°/hr，可見其測量精度非常高。零輸入狀態(tài)下的長期穩(wěn)態(tài)輸出是一個平穩(wěn)隨機過程，即穩(wěn)態(tài)輸出將在均值(零偏)附近起伏，通常用均方誤差表示，定義為零偏穩(wěn)定性。初始零偏誤差可以理解為靜態(tài)誤差，它不隨時間波動，可以用軟件校準。

2. 范圍(動態(tài)范圍)

陀螺儀的范圍通常表示為正、負輸入角速率的最大值，如+/-300度/秒。該值越大，陀螺儀對角速度的敏感能力越強。在該輸入角速率的范圍內(nèi)，陀螺儀比例因子的非線性可以滿足規(guī)定的要求，通?？梢詫ν勇輧x的范圍進行配置。

3.靈敏度(分辨率)

靈敏度(分辨率)表示在指定的輸入角速率下可以感知到的最小輸入角速率的增量，例如:0.05度/秒/LSB。一般來說，MEMS陀螺儀的測量范圍越大，其靈敏度就會相應(yīng)降低。

4. 比例因子

比例因子(scaling factor)是陀螺儀輸出角速率與輸入角速率的比值。該比率表示為特定直線的斜率，該斜率是通過使用最小二乘法擬合在整個輸入角速率范圍內(nèi)測量的輸入和輸出數(shù)據(jù)而獲得的。

5. 非線性度

非線性是在輸入角速率范圍內(nèi)，陀螺儀輸出的最大偏差與最小二乘法擬合的直線與最大輸出的比值，它表示陀螺儀實際輸入輸出數(shù)據(jù)的偏差程度，決定了擬合數(shù)據(jù)的可靠性。

6. 線性加速度靈敏度

線性加速度靈敏度反映陀螺儀對加速度的靈敏度，單位為度/秒/克。

7. 振動的敏感性

振動靈敏度是指陀螺儀對振動的靈敏度，單位為度/秒/g2。陀螺儀對線性加速度和振動的敏感性越低，陀螺儀的性能越好，所建立的算法越有效。

8. 偏置電壓靈敏度

偏置電壓靈敏度是指陀螺儀輸出對電源變化的靈敏度，如:0.03度/秒/V，即電源每變化1V，輸出角速率變化多少。

9. 帶寬

帶寬是指陀螺儀能夠準確測量輸入角速率的頻率范圍，該范圍越大，陀螺儀的動態(tài)響應(yīng)能力越強。

10. 自檢功能

自檢功能在使用前自動測試器件的機械和CMOS電路部分，以提供系統(tǒng)穩(wěn)健性。

11. 電力消耗

功耗包括陀螺儀在不同分辨率或不同數(shù)據(jù)輸出速率下運行時的功耗、睡眠功耗。這一指標在可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)等低功耗應(yīng)用中尤為重要。

12. 影響生存能力

沖擊生存能力是指陀螺儀承受不同程度加速度沖擊的能力，例如2000g加速度沖擊后陀螺儀能保證系統(tǒng)的正常運行?？紤]到陀螺儀的應(yīng)用環(huán)境可能會受到較大的影響，這個指標就顯得尤為重要，一般陀螺儀超過其加速度范圍就會掛起，必須重新啟動才能正常工作。

13. 工作溫度范圍

MEMS陀螺儀的機械結(jié)構(gòu)決定了溫度會影響數(shù)據(jù)輸出，超過工作溫度范圍可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)輸出出現(xiàn)較大偏差。

14. 包裝錯誤

包裝誤差是裸露件的對角線與包裝的對角線之間的角度。

為了提高MEMS陀螺儀的精度，需要采取一系列措施。首先要選擇高質(zhì)量的陀螺儀器件，保證其制造工藝和質(zhì)量符合要求。其次，需要進行精確的校準和調(diào)試，以消除零偏和漂移等誤差。此外，還需要采用合適的安裝方法和使用環(huán)境，避免外界干擾和影響。ER-MG2-50/100是一款單軸MEMS角速度尋北傳感器(陀螺儀)，設(shè)計為先進的差分傳感器，可拒絕線性加速度的影響，使ER-MG2-50/100能夠在存在沖擊和振動的極端惡劣環(huán)境中運行。這種高精度尋北器設(shè)計用于在測井/陀螺儀、采礦/鉆井設(shè)備、武器/無人機發(fā)射系統(tǒng)、衛(wèi)星天線、目標跟蹤系統(tǒng)等中尋北、指向和初始對準。

最后，應(yīng)定期進行維護和檢修，以確保陀螺儀的性能穩(wěn)定可靠。

審核編輯 黃宇