MEMS传感器随机误差分析及处理.pdf

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1、第26卷第12期传感技术学报Vo1．26No．12CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSDec．20132013年l2月AnalysisandProcessingonStochasticErrorofMEMSSensorSONGHaibin，rANGP，XULibo(DepartmentofMechatronicsEngineering，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu611731，China)Abstr

2、act：TheprecisionofMEMSsensorlimitsitsscopeofapplication．InordertoreducerandomerrorsinMEMSsensorstoimproveitsperformance，itisgreatsignificancetoimprovetheaccuracyofMEMSsensorbyanalyzingandprocessingitsrandomerror．Firstly，themainstochasticeroroftheMEMSgyroscopesa

3、ndaccelerometersisanalyzedbytheAllanvariancemethods．Thenfromtheperspectiveoftime—frequency，thewavelettransformanalysiscouldseparateeffectivelyzerorandomeror，colorednoise，whitenoisefromsensorrandomeror．Finally，theanalysisresultsoftheexperimentaldatausingthewavel

4、etde．noisemethodsshowthat，thewaveletanalysishastheadvantageofseparatingandreducingtherandomeror．Keywords：MEMSsensor；stochasticeror；Allanvariance；wavelettransf()ITnEEACC：7630doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2013．12．019MEMS传感器随机误差分析及处理冰宋海宾，杨平，徐立波(电子科技大学机械电子工程学院，成都611

5、731)摘要：MEMS传感器的精度限制了其应用范围，为减小MEMS传感器随机误差的影响，提高其精度，对其随机误差进行分析和处理具有重要意义。首先采用Allan方差法分析了MEMS陀螺仪和加速度计的主要随机误差。然后基于Allan方差分析结果，发现从时频角度，采用小波变换分析传感器的随机误差，可以对零偏，有色噪声，白噪声进行了有效分离。最后通过对小波降噪方法的探讨，发现小波分析具有分离、减小随机误差的优势。关键词：MEMS传感器；随机误差；Allan方差；小波变换中图分类号：TP212．9文献标识码：A文章编号：100

6、4-1699(2013)12-1719-05微机电系统MEMS(Micro—Electro．Mechanical结果，采集时间甚至超过仪器寿命；而Allan方差Systems)以其体积小、重量轻、成本低、可靠性高等分析法可以辨识出多种误差源，且具有便于计算、易优点，在低成本惯性系统中获得了越来越广泛的应于分离等优点。用⋯，但因误差导致精度相对较低限制了其应用范本文基于实验采集的MEMS传感器静态测试围。因此对MEMS陀螺仪和加速度计的误差特性数据，首先通过Allan方差分析得到了陀螺仪和加进行分析具有重要意义。误差主

7、要包括确定性误差速度计的主要随机误差项；通过分析主要随机误差和随机误差，确定性误差跟MEMS结构制造精度有项噪声来源发现这些主要误差项噪声时频特性不关，改善困难且成本较高；随机误差则是由不确定因同，然后，选择采用小波变换对信号进行处理，并实素引起的，通过分析处理随机误差成为当前提高现了对有色噪声、白噪声的分离；最后，通过探讨小MEMS精度的一个可行方法。波去噪对随机误差的影响，发现小波变换可以对目前常用的随机误差的估算方法主要包括功率MEMS随机误差进行有效的分离。谱密度、自相关分析和Allan方差等方法。功率谱1A

8、llan方差分析传感器随机误差密度函数从频域描述了随机误差的统计特性，但实际中通过分析功率谱密度函数将随机误差分离出来1．1Allan方差分析原理是很困难的；自相关分析法需要很长时间采集精Allan方差法最初是为了研究精密仪器的频率密仪器静态数据，之后在一定条件下才能获得所需稳定性而在20世纪60年代发展产生的J，是一项目来源：国家自然科学基金