大温差应用环境下的MEMS陀螺零偏补偿研究.pdf

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1、第25卷第8期传感技术学报Vo1．25No．8CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSAug．20122012年8月ResearchonBiasCompensationofMEMSGyroscopeunderLargeTemperatureDifferenceZHAOXu，SUZhong，MAXiaofei，TIANShaoxin(InstituteoflntelligenceControl，BeltingInformationScience＆TechnologyUniversity，Beijing1001

2、01，China)Abstract：ThebiasofMEMSgyroscopeshowingnon—linearchangeswithtemperaturedependsongyroscopeprocesscharacteristics．Forenormousvariationrangeofactualapplicationambienttemperatureintheindustrialscene，segmentedcompensationmodelbreakpointisnotcoherentandtherangetemperat

3、urecompensationissmall，proposedanewkindoflinearregressioncompensationmodel，whichdonotneedtosegmentingandforthefulltern—peraturerange．AimingattheimpacttobiasfromtheMEMSgyroscopeinstabilityfactorsatthestarttime，thegyroscopebiascanbeeffectivelyinhibitedbytheimprovedcompensa

4、tionmodelwhenpowerup．Afterexperimentalvalidation，comparedthecompensationdataofthemodelwiththegyrorawdata，nearlythreeordersofmagnitudebiasisimproved，from2．9020／sto0．0091。／s．Thealgorithmisrelativelysimpleandeasytoprogram，andhasgoodpracticalvalue．Keywords：MEMSgyroscope；bias

5、；thewholetemperaturerange；linearregression；temperaturecompensationEEACC：7220；7630doi：10．3969／j．iSSli．1004-1699．2012．08．012大温差应用环境下的MEMS陀螺零偏补偿研究牢赵旭，苏中，马晓飞，田少欣(北京信息科技大学智能控制研究所，北京100101)摘要：MEMS陀螺的工艺特点决定了其零偏随温度呈现非线性变化的特点。针对工业现场实际应用环境温度变化范围大、分段补偿模型断点处不连贯和补偿温度范围小等问题，提出了一种新型的无需

6、分段、全温度区问线性回归补偿模型；并且针对MEMS陀螺启动不稳定性因素对零偏造成的影响，改进的补偿模型可有效抑制陀螺上电时刻的零偏。经过实验验证：该模型补偿后的数据较陀螺原始数据零偏提高了将近3个数量级，从2．9027。／s提高到0．0091。／s，并且该算法相对简单易于编程实现．具有很好的工程实用价值。关键词：MEMS陀螺；零偏；全温度区问；线性回归：温度补偿中图分类号：V241．554；TP212．1文献标识码：A文章编号：1004—1699(2012)08—1079—05作为导航系统的核心器件，MEMS陀螺因重量定工作精度。由于启

7、动时间长而很难达到武器系统轻、成本低、体积小、电路简单、可靠性高等优点，已作战使用的要求，零偏变化大也使其无法与加速度广泛应用于民用车辆导航、常规战术武器、机载导航计等惯性器件组合成具有高精度的航姿参考系统。系统中。MEMS陀螺一般由单晶硅材料经光刻和刻由此迫切需要对MEMS陀螺因启动不稳定性和全蚀工艺制造而成，由于硅材料是一种热敏材料，温度温度区间工作造成的零偏误差进行补偿，以达到工对其弹性模量等相关物理特性影响较为显著⋯。程应用的需求工业现场应用环境温度变化和MEMS陀螺长时间国外对MEMS陀螺温度误差补偿重点集中在工作自身发热现象

8、导致其内部材料弹性模量改变．通过温度试验研究陀螺自身结构参数的温度特性来会对陀螺零偏产生较大影响_2]；另外MEMS陀螺启改善谐振频率的温度系数_3]。国内的MEMS陀螺动时问较长，通常上电后需要十几分钟才