En campos como la navegación inercial, el control de drones y los dispositivos portátiles inteligentes, la precisión de medición de los giroscopios MEMS determina directamente el rendimiento del sistema. Sin embargo, debido a factores como la tensión del embalaje, la deriva de la temperatura y el error de polarización cero, los giroscopios MEMS son propensos a desviaciones de datos después de salir de fábrica. Controlado por temperatura platos giratorios, como equipos de calibración dedicados , pueden eliminar errores del sistema a través de procedimientos estandarizados, lo que permite que el giroscopio vuelva a su estado de medición óptimo. Este artículo detalla los pasos principales y las tecnologías clave para calibrar giroscopios MEMS utilizando un plato giratorio controlado por temperatura, ayudando a los ingenieros a completar eficientemente el trabajo de calibración.

I. Preparativos antes de la calibración: verificación dual del equipo y los parámetros

Una calibración precisa requiere un entorno de prueba estable, y el trabajo de preparación principal gira en torno a la "coincidencia de equipos" y el "reinicio del estado":

Selección y conexión de equipos: Seleccione un plato giratorio controlado por temperatura con un rango de velocidad angular que cubra el rango de medición del giroscopio (típicamente ±1000°/s a ±20000°/s) y una precisión de posición angular ≤0.001°; complete la comunicación de datos entre el plato giratorio y el giroscopio a través de una interfaz RS485/USB, y conéctelo a un sistema de control de temperatura para estabilizar la temperatura ambiente a 25℃±2℃ (para eliminar la interferencia de la temperatura).

Preprocesamiento del giroscopio : Fije el giroscopio MEMS a la plataforma de montaje central del plato giratorio, asegurando que la superficie de montaje sea perpendicular al eje de rotación del plato giratorio (error de coaxialidad ≤ 0.02 mm); precaliente durante 30 minutos para permitir que los circuitos internos del giroscopio alcancen el equilibrio térmico y evitar que la deriva de temperatura inicial afecte los datos de calibración.

Configuración de parámetros de referencia : Ingrese parámetros básicos como el modelo del giroscopio, la sensibilidad nominal (por ejemplo, 10 mV/(°/s)) y el voltaje de polarización cero en el sistema de control del plato giratorio, ajuste el protocolo de calibración estándar (por ejemplo, IEEE 1554.2) y complete la coincidencia de parámetros entre dispositivos.

II. Proceso de calibración principal: calibración dimensional completa desde la polarización cero estática hasta la velocidad dinámica

El plato giratorio controlado por temperatura

logra una calibración completa de la polarización cero, la sensibilidad y el error no lineal del giroscopio a través de una combinación de posicionamiento estático y rotación dinámica. El proceso principal consta de tres pasos:

1. Calibración de polarización cero estática: eliminación de la referencia de error estáticoEl error de polarización cero es la deriva de salida de un giroscopio cuando está estacionario, y es un factor clave que afecta la precisión de las mediciones estáticas. El plato giratorio controlado por temperatura

se mantuvo estacionario (velocidad angular = 0°/s) y los datos de salida del giroscopio se recopilaron continuamente durante 10 minutos. Se registró un valor de voltaje cada 10 ms y la polarización cero promedio se calculó utilizando la siguiente fórmula:- V₀ como el eje horizontal y ( V₀ , donde ωᵢ ( i , donde n , donde n

es el número total de conjuntos de datos)Los valores atípicos que exceden el rango de 3σ ( σ siendo la desviación estándar)

se eliminan, y el valor de polarización cero final se utiliza como referencia para la corrección de datos posterior.

2. Calibración de sensibilidad dinámica: establecimiento de una relación lineal entre la entrada y la salida.La sensibilidad es la relación del cambio de salida del giroscopio con su velocidad angular de entrada; la calibración debe cubrir su rango completo. como el eje horizontal y ( Vᵢ

correspondiente a cada velocidad.Sensibilidad K como el eje horizontal y ( real - - V₀ con ωᵢ con ωᵢ

es la velocidad angular establecida del plato giratorio)con ωᵢ como el eje horizontal y ( real - ajustado) / (escala completa V ₀) como el eje vertical. Calcule la ecuación de ajuste lineal utilizando el método de mínimos cuadrados para asegurar que la bondad de ajuste R²

≥ 0.999. La pendiente en este punto es la sensibilidad real después de la calibración.3. Calibración de error no lineal: corrige las desviaciones en todo el rango

de medición.

Basado en la calibración de sensibilidad, agregue 10 puntos de velocidad angular distribuidos uniformemente (por ejemplo, 200°/s, 400°/s...1800°/s), repita el proceso de adquisición de datos dinámicos y calcule la desviación entre la salida real y el valor de ajuste lineal en cada punto:excede los requisitos de rendimiento del giroscopio (generalmente ≤0.5%), se debe aplicar un coeficiente de compensación de error a través del sistema de control del plato giratorio para lograr la corrección no lineal en todo el δ _{= [(} ajustado) / (escala completa real - _V ajustado) / (escala completa V - V₀ )] × 100%Si

δ excede los requisitos de rendimiento del giroscopio (generalmente ≤0.5%), se debe aplicar un coeficiente de compensación de error a través del sistema de control del plato giratorio para lograr la corrección no lineal en todo el rango .III. Verificación posterior a la calibración: un paso clave para garantizar la fiabilidad de los datos

Después de la calibración, el sistema debe pasar las verificaciones de "verificación de recalibración" y "prueba de escenario".

1. 

Recalibración y verificación : Seleccione aleatoriamente 3 puntos de velocidad angular (por ejemplo, 300°/s, 800°/s, 1600°/s), repita el proceso de calibración dinámica y compare la sensibilidad y la polarización cero de las dos calibraciones. La desviación debe ser ≤0.1%. De lo contrario, la precisión de la instalación y el enlace de adquisición de datos deben revisarse.2. 

Prueba de escenario : Conecte el giroscopio calibrado a la unidad de medición inercial (IMU), simule los cambios de actitud del dron (como cabeceo y rotación de ±30°) a través de un plato giratorio controlado por temperatura, recopile los datos de posición angular emitidos por el giroscopio y compárelos con la posición angular estándar del plato giratorio. El error debe controlarse dentro de 0.01°.A través de la calibración estandarizada utilizando un

plato giratorio controlado por temperatura, la estabilidad de polarización cero de los giroscopios MEMS se puede mejorar en más del 50%, y el error de sensibilidad se puede controlar dentro de 0.1%, proporcionando una garantía fundamental para el funcionamiento preciso de los sistemas posteriores.