MEMS陀螺儀是一種用于測(cè)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(biāo)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(biāo)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(hào)，會(huì)導(dǎo)致陀螺儀的測(cè)量結(jié)果偏離真實(shí)值。漂移是指陀螺儀在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下輸出的非零值數(shù)，它會(huì)使陀螺儀的測(cè)量結(jié)果隨時(shí)間發(fā)生變化。穩(wěn)定性是指陀螺儀在長(zhǎng)期使用過(guò)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(cè)量同一物理量時(shí)輸出結(jié)果的一致性，是評(píng)價(jià)陀螺儀測(cè)量精度的重要指標(biāo)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(zhǎng)時(shí)間輸出的平均值表示，等于輸入角速率，即觀測(cè)值在零偏差周圍的色散程度，如0.005度/秒表示它每秒會(huì)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(dá)0.1°/hr，零偏重復(fù)性為0.1°/hr，可見(jiàn)其測(cè)量精度非常高。零輸入狀態(tài)下的長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)輸出是一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)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(shí)間波動(dòng)，可以用軟件校準(zhǔn)。

2. 范圍(動(dòng)態(tài)范圍)

陀螺儀的范圍通常表示為正、負(fù)輸入角速率的最大值，如+/-300度/秒。該值越大，陀螺儀對(duì)角速度的敏感能力越強(qiáng)。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，通常可以對(duì)陀螺儀的范圍進(jìn)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(lái)說(shuō)，MEMS陀螺儀的測(cè)量范圍越大，其靈敏度就會(huì)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(guò)使用最小二乘法擬合在整個(gè)輸入角速率范圍內(nèi)測(cè)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(shí)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(duì)加速度的靈敏度，單位為度/秒/克。

7. 振動(dòng)的敏感性

振動(dòng)靈敏度是指陀螺儀對(duì)振動(dòng)的靈敏度，單位為度/秒/g2。陀螺儀對(duì)線性加速度和振動(dòng)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(duì)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(zhǔn)確測(cè)量輸入角速率的頻率范圍，該范圍越大，陀螺儀的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力越強(qiáng)。

10. 自檢功能

自檢功能在使用前自動(dòng)測(cè)試器件的機(jī)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(yùn)行時(shí)的功耗、睡眠功耗。這一指標(biāo)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(yùn)行。考慮到陀螺儀的應(yīng)用環(huán)境可能會(huì)受到較大的影響，這個(gè)指標(biāo)就顯得尤為重要，一般陀螺儀超過(guò)其加速度范圍就會(huì)掛起，必須重新啟動(dòng)才能正常工作。

13. 工作溫度范圍

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

14. 包裝錯(cuò)誤

包裝誤差是裸露件的對(duì)角線與包裝的對(duì)角線之間的角度。

為了提高M(jìn)EMS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(jìn)行精確的校準(zhǔn)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(jì)為先進(jìn)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(dòng)的極端惡劣環(huán)境中運(yùn)行。這種高精度尋北器設(shè)計(jì)用于在測(cè)井/陀螺儀、采礦/鉆井設(shè)備、武器/無(wú)人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)、衛(wèi)星天線、目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)等中尋北、指向和初始對(duì)準(zhǔn)。

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

審核編輯 黃宇