微机械陀螺温度特性及其补偿算法研究
0 引 言
陀螺仪又称角速度计可以用来检测旋转的角速度和角度。正如我们所熟知,传统的机械式陀螺、精密光纤陀螺和激光陀螺等已经在航空、航天或其他军事领域得到了广泛地应用。然而,这些陀螺仪由于成本太高和体积太大而不适合应用于消费电子中。微机械陀螺仪是20世纪80年代发展起来的一种以硅的微机械加工技术为基础,并与微机电系统相结合的新一代陀螺[1-2]。由于内部无需集成旋转部件,而是通过一个由硅制成的振动的微机械部件来检测角速度,因此微机械陀螺仪非常容易小型化和批量生产,具有成本低和体积小等特点。近年来,微机械陀螺仪在很多应用中受到密切地关注,例如,陀螺仪配合微机械加速度传感器用于航空航天、地质勘探、医学、汽车工业以及机器人等领域,具有广阔的应用价值和前景[3-4]。
微机械陀螺的主要材料为硅,这是一种热敏材料,受温度影响较大。另外,信号处理电路的元器件也会产生较大的干扰热噪声,这是由于其内载流子的不规则热运动使整个处理电路产生较大的温漂。由于在当前阶段下,微机械陀螺的制造工艺和技术在短期内很难大幅度提高,所以温度补偿对于微机械陀螺来说是非常重要的[5]。
1 温度误差机理分析
工作温度的变化会改变硅微机械陀螺结构,材料尺寸以及材料弹性模量都会受到温度的影响。材料尺寸的改变对微机械陀螺性能的影响较小,在这里我们忽略其影响的讨论,将重点放在对于材料弹性模量的分析上。这种变化会改变系统弹性系数,而系统弹性系数的变化又会影响陀螺的谐振频率,导致陀螺谐振频率发生漂移[6-7]。材料弹性模量与温度的变化关系可用式(1)表示:
2 温度实验
对某型号的陀螺进行多次重复试验,记录从陀螺开机至稳定,无输入情况下陀螺温度传感器与陀螺输出的数据值。实验中采样间隔为1 s。
图1与图2所示为微机械陀螺线圈轴处温度传感器输出的温度数据以及陀螺轴向输出变化曲线。从图1中我们可以看出,在连续工作一段时间以后,陀螺自身发热已基本上达到平衡,这证明了连续工作4 000 s所得的样本能完全包含陀螺的自身发热过程。而从图2中也可以看出,随着时间的变化,微机械陀螺的输出产生了一定程度的漂移。
3 补偿算法
3.1 多项式补偿
由图1和图2我们也可以看出,陀螺温度与陀螺原始输出具有一定的线性关系,但并非完全线性,因此我们可以首先选择利用最小二乘多项式建立二次模型来进行补偿。
由上述论述我们可以看出,多项式补偿方法较为简单,而且取得了一定的效果。
相关文章
- 2024-04-16四通阀在原油流量计标定中的分析与改进
- 2022-05-17触摸屏的分类发展及应用
- 2022-07-25基于CC2430芯片的2.4GHz微带天线设计
- 2023-12-08基于SOLIDWORKS的动平衡设计仿真与优化
- 2023-12-26先进制造技术在汽车覆盖件模具制造中的应用
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。