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技术文章 MS-2158 陀螺仪机械性能：最重要的参数 差源。然而，无论采用何种技术，无论有多细心，温度迟 滞——即通过冷却与通过加热达到某一特定温度时的输出 作者：Harvey Weinberg ，ADI公司MEMS和传感器技术 之差——都将是限制因素。 部应用工程组主管 图1所示为陀螺仪ADXRS453 的温度迟滞环路。温度从 +25°C变为+130°C ，再变为–45°C ，最后回到+25°C ，与此 简介 同时记录未补偿陀螺仪的零点偏置测量结果。加热周期与 选择陀螺仪时，需要考虑将最大误差源最小化。在大多数 冷却周期中的+25°C零点偏置输出存在细微的差异(本例中 应用中，振动敏感度是最大的误差源。其它参数可以轻松 约为0.2°/s) ，这就是温度迟滞。此误差无法通过补偿来消 地通过校准或求取多个传感器的平均值来改善。零偏稳定 除，因为无论陀螺仪上电与否，它都会出现。此外，迟滞 性是误差预算较小的分量之一。 的幅度与所施加的温度“激励”量成比例。也就是说，施 加于器件的温度范围越宽，则迟滞越大。 览高性能陀螺仪数据手册时，多数系统设计师关 浏注的第一个要素是零偏稳定性规格。毕竟，它描 述的是陀螺仪的分辨率下限，理所当然是反映陀 螺仪性能的最佳指标！然而，实际的陀螺仪会因为多种原 因而出现误差，使得用户无法获得数据手册中宣称的高零 偏稳定性。的确，可能只有在实验室内才能获得那么高的 性能。传统方法是借助补偿来最大程度地降低这些误差源 的影响。本文将讨论多种此类技术及其局限性。最后，我 们将讨论另一种可选范式——根据机械性能选择陀螺仪， 以及必要时如何提高其偏置稳定度。 环境误差 所有中低价位的MEMS 陀螺仪都有一定的时间-零点偏置和 图1. 经历温度循环(–45°C至+130°C)时 比例因子误差，此外还会随温度而发生一定的变化。因 未补偿ADXRS453的零点偏置输出 此，对陀螺仪进行温度补偿是很常见的做法。一般而言， 如果应用允许启动时复位零点偏置(即无旋转时启动) ，或 陀螺仪集成温度传感器的目的就在于此。温度传感器的绝 者在现场将零点偏置调零，则可以忽略此误差。否则，这 对精度并不重要，重要的是可重复性以及温度传感器与陀 就可能是零偏稳定性性能的一个限制因素，因为我们无法 螺仪实际温度的紧密耦合。现代陀螺仪的温度传感器几乎 控制运输或存储条件。 毫不费力就能达到这些要求。 抗振 许多技术可以用于温度补偿，如多项式曲线拟合、分段线 理想情况下，陀螺仪仅测量旋转速率，无关其他。但实际 性近似等。只要记录了足够数量的温度点，并且在校准过 应用中，由于机械设计不对称和/或微加工不够精确，所有 程中采取了充分的措施，那么具体使