MEMS微机械陀螺温度特性分析与建模.pdf

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1、第27卷第2期传感技术学报V0l_27No．22014年2月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSFeb．2014AnalyzingandModelingoftheThermalCharacteristicsaboutMEMSGyroscopeCHENWanwan，CHENZhigang，MALin，FUJianping(1．NationaldnseKeyLaboratoryofUndergroundDamageTechnology，NorthUniversityofChina，Ta

2、iyuan030051，China；2．StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnologyandInstruments，TsinghuaUniversity，Bering100084，China)Abstract：ForMEMSgyroscopes，biasescharacteristicsalwaysvarywithtemperaturefluctuations．Throughestablishingerrormodelbetweenthetemperaturea

3、ndtheMEMSgyroscopebiases，thebiasesoutputsoftheMEMSgyroscopearestudiedwithinatemperaturerangeof一20cC～60oC．Viausingtheerrormodelafterremovingoutliers．resultsshowthatMEMSgyroscopebiasescausedbytemperaturehavechangedfromapproximately100。／htoapproximately10。／hafter

4、compensations．Alsobiasesinthewholetemperaturerangehavebeenimprovedtosomeextent，whichwouldlayafoundationforimprovingthenavigationaccuracy．Keywords：MEMSgyroscopes；thermalcharacteristics；biases；errorcompensationsEEACC：2575；7220；7630doi：10．3969／j．issn．1004-1699．20

5、14．02．009MEMS微机械陀螺温度特性分析与建模冰陈湾湾，陈智刚，马林，付建平(1．中北大学地下目标毁伤技术国防重点学科实验室，太原030051；2．清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084)摘要：针对MEMS微机械陀螺的零偏随温度变化波动较大的特性，通过建立MEMS陀螺零偏随温度变化之间的误差模型，在温度范围为一20℃～60℃温箱试验下，分析MEMS陀螺的零偏输出变化，经去除野值后使用建立的误差模型对零偏进行补偿，结果表明，MEMS陀螺仪因温度引起的零偏从最大约为160。／h，经补偿后降至

6、约为10。／h。该温度误差模型使MEMS陀螺的全温区零偏特性得到了一定程度的提升，为提高之后的导航精度打下基础，具有一定的工程价值。关键词：MEMS陀螺；温度特性；零偏；误差补偿中图分类号：U666．1文献标识码：A文章编号：1004—1699(2014)02-0194-04MEMS陀螺仪具有体积小、重量轻的突出优点，提高了导惯性导航的精度；文献[5]中，使用混合线性随着科技的发展，微机械陀螺仪的性能不断提高，成回归的方法，对MEMS陀螺的输出进行补偿，使得补为微型惯性系统的核心和推动导航系统微小型化发偿后的均值可

7、以减小1～2个数量级；文献[6]中，提展的关键元件，也是当前国际研究的热点之一⋯。出一种互相关分析快速温度标定的方法，与传统方法然而，微机械陀螺的主要构成材料为硅，该材料对温相比，节省大量时间，并且保证了模型的准确性。文度特性非常敏感J，同时，其他电路元件特性也会献[7]为了使得MEMS陀螺在全温区间进行分段拟随环境温度的变化对MEMS陀螺的零偏产生的影合达到较好的补偿效果，采用多项式分段拟合方法。响。在惯性导航中，随着时间的增加，温度变化造成本文通过在陀螺仪经过彻底老化试验以后，在的误差量也将随之累积不断增加。实

8、验室条件下，研究MEMS陀螺仪在温度区间为对于MEMS陀螺的温度特性的研究，众多研究一2O～60的条件下，环境温度对陀螺仪零偏输者已经进行大量、深入的研究：文献[3]Abdel—Hamid出的影响，分别对MEMS陀螺仪三轴建立误差模通过对不同温度点下MEMSIMU的零偏特性的研型，并对陀螺仪输出进行补偿。究，从而验证了MEMSIMU零偏输出特性的决定误1ME