Eylemsizlik navigasyonu, drone kontrolü ve akıllı giyilebilir cihazlar gibi alanlarda, MEMS jiroskopların ölçüm doğruluğu doğrudan sistem performansını belirler. Ancak, paketleme stresi, sıcaklık kayması ve sıfır önyargı hatası gibi faktörler nedeniyle, MEMS jiroskoplar fabrikadan çıktıktan sonra veri sapmalarına eğilimlidir. Sıcaklık kontrollü döner tablalar, özel kalibrasyon ekipmanı olarak , standartlaştırılmış prosedürlerle sistem hatalarını ortadan kaldırabilir ve jiroskopun optimum ölçüm durumuna dönmesini sağlar. Bu makale, MEMS jiroskopları bir sıcaklık kontrollü döner tabla kullanarak kalibre etmenin temel adımlarını ve temel teknolojilerini ayrıntılı olarak anlatmakta ve mühendislerin kalibrasyon çalışmalarını verimli bir şekilde tamamlamalarına yardımcı olmaktadır.

I. Kalibrasyondan önce hazırlıklar: Ekipman ve parametrelerin çift doğrulaması

Doğru kalibrasyon, istikrarlı bir test ortamı gerektirir ve temel hazırlık çalışması "ekipman eşleşmesi" ve "durum sıfırlaması" etrafında döner:

Ekipman seçimi ve bağlantısı : Jiroskop ölçüm aralığını (tipik olarak ±1000°/s ila ±20000°/s) kapsayan ve açısal konum doğruluğu ≤0.001° olan bir sıcaklık kontrollü döner tabla seçin; döner tabla ve jiroskop arasındaki veri iletişimini bir RS485/USB arayüzü aracılığıyla tamamlayın ve ortam sıcaklığını 25℃±2℃'de stabilize etmek için bir sıcaklık kontrol sistemine bağlayın (sıcaklık girişimini ortadan kaldırmak için).

Jiroskop ön işleme : MEMS jiroskopu, döner tablanın merkez montaj platformuna sabitleyin, montaj yüzeyinin döner tablanın dönme eksenine dik olmasını sağlayın (koaksiyellik hatası ≤ 0,02 mm); jiroskopun dahili devrelerinin termal dengeye ulaşmasını sağlamak ve kalibrasyon verilerini etkilemesinden kaynaklanan ilk sıcaklık kaymasını önlemek için 30 dakika ön ısıtma yapın.

Referans parametre ayarı : Jiroskop modeli, nominal hassasiyet (örneğin, 10mV/(°/s)) ve sıfır önyargı voltajı gibi temel parametreleri döner tabla kontrol sistemine girin, ayarlayın standart kalibrasyon protokolünü (örneğin, IEEE 1554.2) ve cihazlar arasındaki parametre eşleşmesini tamamlayın.

II. Temel Kalibrasyon Süreci: Statik Sıfır Önyargıdan Dinamik Orana Tam Boyutlu Kalibrasyon

Sıcaklık kontrollü döner tabla, jiroskopun sıfır önyargı, hassasiyet ve doğrusal olmayan hatasının kapsamlı kalibrasyonunu statik konumlandırma ve dinamik dönüşün bir kombinasyonu aracılığıyla gerçekleştirir. Temel süreç üç adımdan oluşur:

1. Statik sıfır önyargı kalibrasyonu: Statik hata referansını ortadan kaldırma

Sıfır önyargı hatası, bir jiroskopun hareketsizkenki çıkış kaymasıdır ve statik ölçümlerin doğruluğunu etkileyen önemli bir faktördür. Sıcaklık kontrollü döner tabla hareketsiz tutuldu (açısal hız = 0°/s) ve jiroskop çıkış verileri 10 dakika boyunca sürekli olarak toplandı. Her 10 ms'de bir voltaj değeri kaydedildi ve ortalama sıfır önyargı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplandı:

Sıfır önyargı V₀ = (Σ - ) / n ( i = 1'den n , burada n veri kümelerinin toplam sayısıdır)

3σ aralığını aşan aykırı değerler ( σ standart sapma olmak üzere) kaldırılır ve nihai sıfır önyargı değeri, sonraki veri düzeltmesi için ölçüt olarak kullanılır.

2. Dinamik hassasiyet kalibrasyonu: Giriş ve çıkış arasında doğrusal bir ilişki kurma.

Hassasiyet, jiroskopun çıkış değişiminin giriş açısal hızına oranıdır; kalibrasyonun tüm aralığını kapsaması gerekir. Sıcaklık kontrollü döner tabla, beş karakteristik açısal hızda (örneğin, 100°/s, 500°/s, 1000°/s, 1500°/s, 2000°/s) eşit olarak döndürülür. Her hızda 3 dakika stabilize olduktan sonra, veri toplanır ve her hıza karşılık gelen ortalama çıkış voltajı - hesaplanır.

Hassasiyet K = ( - uygun V₀ ) / yatay eksen ve ( ( yatay eksen ve ( döner tablanın ayarlanan açısal hızıdır)

ωᵢ yatay eksen ve ( Vᵢ - uygun ) / ( tam ölçek R² ≥ 0.999 olmasını sağlayın. Bu noktadaki eğim, kalibrasyondan sonraki gerçek hassasiyettir.3. Doğrusal olmayan hata kalibrasyonu:

Tam ölçüm aralığındaki sapmaları düzeltir.Hassasiyet kalibrasyonuna dayanarak, 10 eşit olarak dağıtılmış açısal hız noktası (örneğin, 200°/s, 400°/s...1800°/s) ekleyin, dinamik veri toplama işlemini tekrarlayın ve her noktadaki gerçek çıkış ile doğrusal uyum değeri arasındaki sapmayı hesaplayın:

Doğrusal olmayan hata

δ tamgerçek _V ) / ( tam ölçek uygun _V ) / ( tam ölçek V - V₀ )] × %100δ

jiroskopun performans gereksinimlerini aşarsa (genellikle ≤0,5%), tam aralıkta doğrusal olmayan düzeltme elde etmek için döner tabla kontrol sistemi aracılığıyla bir hata telafi katsayısı uygulanması gerekir.III. Kalibrasyon sonrası doğrulama: Veri güvenilirliğini sağlamada önemli bir adımKalibrasyondan sonra, sistem hem "yeniden kalibrasyon doğrulaması" hem de "senaryo testi" doğrulamalarından geçmelidir.

1. 

Yeniden kalibrasyon ve doğrulama

: Rastgele 3 açısal hız noktası (örneğin, 300°/s, 800°/s, 1600°/s) seçin, dinamik kalibrasyon işlemini tekrarlayın ve iki kalibrasyonun hassasiyetini ve sıfır önyargısını karşılaştırın. Sapma ≤0,1% olmalıdır. Aksi takdirde, kurulum doğruluğunun ve veri toplama bağlantısının yeniden kontrol edilmesi gerekir.2. Senaryo testi

: Kalibre edilmiş jiroskopu atalet ölçüm birimine (IMU) bağlayın, drone'un tutum değişikliklerini (örneğin, ±30° eğim ve dönüş) bir sıcaklık kontrollü döner tabla aracılığıyla simüle edin, jiroskop tarafından üretilen açısal konum verilerini toplayın ve döner tablanın standart açısal konumuyla karşılaştırın. Hata 0,01° içinde kontrol edilmelidir.Bir sıcaklık kontrollü

döner tabla kullanarak standartlaştırılmış kalibrasyon yoluyla, MEMS jiroskopların sıfır önyargı kararlılığı %50'den fazla iyileştirilebilir ve hassasiyet hatası %0,1 içinde kontrol edilebilir, bu da sonraki sistemlerin doğru çalışması için temel bir garanti sağlar.