Em campos como navegação inercial, controle de drones e wearables inteligentes, a precisão da medição dos giroscópios MEMS determina diretamente o desempenho do sistema. No entanto, devido a fatores como tensão de embalagem, deriva de temperatura e erro de polarização zero, os giroscópios MEMS são propensos a desvios de dados após saírem da fábrica. Controlado por temperaturaplataformas giratórias, como equipamentos de calibração dedicados, podem eliminar erros do sistema por meio de procedimentos padronizados, permitindo que o giroscópio retorne ao seu estado de medição ideal. Este artigo detalha as etapas principais e as tecnologias-chave para calibrar giroscópios MEMS usando uma temperatura-plataforma giratória controlada, ajudando os engenheiros a concluir o trabalho de calibração de forma eficiente.

I. Preparativos antes da calibração: verificação dupla de equipamentos e parâmetros

A calibração precisa requer um ambiente de teste estável, e o trabalho de preparação principal gira em torno de "correspondência de equipamentos" e "redefinição de estado":

Seleção e conexão de equipamentos: Selecione uma plataforma giratória controlada por temperaturacom uma faixa de taxa angular que cubra a faixa de medição do giroscópio (normalmente ±1000°/s a ±20000°/s) e uma precisão de posição angular ≤0,001°; complete a comunicação de dados entre a plataforma giratória e o giroscópio através de uma interface RS485/USB e conecte-se a um sistema de controle de temperatura para estabilizar a temperatura ambiente em 25℃±2℃ (para eliminar a interferência de temperatura).

Pré-processamento do giroscópio: Fixe o giroscópio MEMS na plataforma de montagem central da plataforma giratória, garantindo que a superfície de montagem seja perpendicular ao eixo de rotação da plataforma giratória (erro de coaxialidade ≤ 0,02 mm); pré-aqueça por 30 minutos para permitir que os circuitos internos do giroscópio atinjam o equilíbrio térmico e evite que a deriva inicial de temperatura afete os dados de calibração.

Configuração de parâmetros de referência: Insira parâmetros básicos como modelo do giroscópio, sensibilidade nominal (por exemplo, 10mV/(°/s)) e tensão de polarização zero no sistema de controle da plataforma giratória, ajuste o protocolo de calibração padrão (por exemplo, IEEE 1554.2) e complete a correspondência de parâmetros entre os dispositivos.

II. Processo de calibração principal: calibração dimensional completa de polarização zero estática a taxa dinâmica

A plataforma giratória controlada por temperatura

realiza a calibração abrangente da polarização zero, sensibilidade e erro não linear do giroscópio por meio de uma combinação de posicionamento estático e rotação dinâmica. O processo principal consiste em três etapas:

1. Calibração de polarização zero estática: eliminando a referência de erro estáticoO erro de polarização zero é a deriva de saída de um giroscópio quando ele está parado, e é um fator-chave que afeta a precisão das medições estáticas. A temperatura -controlada

a plataforma giratória foi mantida parada (taxa angular = 0°/s), e os dados de saída do giroscópio foram coletados continuamente por 10 minutos. Um valor de tensão foi registrado a cada 10ms, e a polarização zero média foi calculada usando a seguinte fórmula:- V₀como o eixo horizontal e (V₀, ondeωᵢ(i, onden, onden

é o número total de conjuntos de dados)Valores discrepantes que excedem a faixa de 3σ (σ sendo o desvio padrão)

são removidos, e o valor final de polarização zero é usado como referência para a correção de dados subsequente.

2. Calibração de sensibilidade dinâmica: estabelecendo uma relação linear entre entrada e saída.A sensibilidade é a razão da mudança de saída do giroscópio para sua taxa angular de entrada; a calibração deve cobrir toda a sua faixa. como o eixo horizontal e (Vᵢ

correspondente a cada taxa é calculada.SensibilidadeKcomo o eixo horizontal e (V- V₀comωᵢcomωᵢ

é a velocidade angular definida da plataforma giratória)comωᵢcomo o eixo horizontal e (VajustadoV₀) como o eixo vertical. Calcule a equação de ajuste linear usando o método dos mínimos quadrados para garantir que a bondade do ajuste R²

≥ 0,999. A inclinação neste ponto é a sensibilidade real após a calibração.3. Calibração de erro não linear: corrige desvios em toda a faixa

de medição.

Com base na calibração de sensibilidade, adicione 10 pontos de velocidade angular distribuídos uniformemente (por exemplo, 200°/s, 400°/s...1800°/s), repita o processo de aquisição de dados dinâmicos e calcule o desvio entre a saída real e o valor de ajuste linear em cada ponto:Seδ_{= [(}ajustadoV_- ajustadoV) / (escala totalV - V₀

)] × 100%Seδexceder os requisitos de desempenho do giroscópio (geralmente ≤0,5%), um coeficiente de compensação de erro precisa ser aplicado através do sistema de controle da plataforma giratória para obter a correção não linear em toda a faixa

 de medição.

III. Verificação pós-calibração: uma etapa fundamental para garantir a confiabilidade dos dados

Após a calibração, o sistema deve passar pelas verificações de "verificação de recalibração" e "teste de cenário".1. Recalibração e verificação: Selecione aleatoriamente 3 pontos de taxa

 angular (por exemplo, 300°/s, 800°/s, 1600°/s), repita o processo de calibração dinâmica e compare a sensibilidade e a polarização zero das duas calibrações. O desvio deve ser ≤0,1%. Caso contrário, a precisão da instalação e o link de aquisição de dados precisam ser verificados novamente.2. Teste de cenário: Conecte o giroscópio calibrado à unidade de medição inercial (IMU), simule as mudanças de atitude do drone (como inclinação e rotação de ±30°) através de uma temperatura-controlada

plataforma giratória, colete os dados de posição angular emitidos pelo giroscópio e compare-os com a posição angular padrão da plataforma giratória. O erro deve ser controlado em 0,01°.Através da calibração padronizada usando uma plataforma giratória controlada por temperatura