Метод испытания полосы пропускания МЭМС-гироскопа

Поскольку нет необходимости интегрировать вращающиеся части внутри гироскопа MEMS , а благодаря целому микромеханическому компоненту из кремния для определения угловой скорости, гироскопы MEMS очень легко миниатюризировать и массово производить, и они обладают преимуществами широкого динамического диапазона, высокой точность измерения и хорошая адаптируемость к окружающей среде.

Пропускная способность является одним из важных показателей MEMS-гироскопа. Обычно используемым методом тестирования полосы пропускания гироскопа MEMS является метод угловой вибрации, который заставляет гироскоп MEMS выполнять угловую вибрацию на разных частотах с помощью таблицы угловой вибрации, синхронно записывает выходной сигнал гироскопа MEMS и сигнал движения таблицы угловой вибрации (вход гироскопа MEMS). сигнал), а затем рассчитать частотные характеристики в соответствии с входными и выходными сигналами MEMS-гироскопа.

В этой статье обсуждается метод измерения полосы пропускания МЭМС-гироскопа. Ниже обсуждаются традиционный метод измерения полосы пропускания гироскопа и улучшенный метод измерения полосы пропускания.

*Традиционный метод измерения полосы пропускания гироскопа
*
Закрепите испытательный вал вертикально вниз на угловом шейкере. Осциллограф используется для записи формы сигнала на выходе испытательного вала и опорного сигнала проигрывателя моделирования. После запуска микромеханического гироскопа для нормальной работы запустите проигрыватель моделирования и качайте его в соответствии с различными частотами и амплитудами вибрации. Наблюдайте за интервалом времени от пика до пика T выходного сигнала скорости MEMS-гироскопа и опорного сигнала проигрывателя моделирования, и T должно соответствовать временному соотношению [0°, 90°].

Схема сравнения форм сигналов представлена ​​на рисунке 1, схема установки — на рисунке 2, диаграмма формы испытательного сигнала — на рисунке 3.

Рис. 1. Схема сравнения формы сигнала тестового сигнала полосы пропускания

Рис. 2. Схема установки теста пропускной способности

Рис. 3. Диаграмма эффекта выборки тестового осциллографа полосы пропускания

В традиционном методе тестирования полосы пропускания сигнал движения углового вибростенда генерируется шкафом управления проигрывателя и обычно представляет собой аналоговый сигнал. Выходной сигнал микромеханического гироскопа необходимо преобразовать с помощью DA, а затем протестировать и рассчитать с помощью осциллографа.

Традиционные методы тестирования пропускной способности имеют следующие недостатки:

1) Количество продуктов, проверяемых каждый раз, ограничено каналом осциллографа, обычно одновременно измеряется не более 3 продуктов;

2) Имеются ошибки измерения временной ширины осциллографом;

3) Задержка сигнала DA-преобразования и сигнала движения углового вибростенда на разных частотах, а также амплитуда сигнала движения углового вибростенда на разных частотах будут иметь разную степень затухания;

4) Когда частота кадров цифрового выхода обнаруженного продукта низкая, форму сигнала DA-преобразования легко исказить.

*Улучшенный метод измерения полосы пропускания гироскопа.
*
На практике из-за большого количества поставленных МЭМС-гироскопов традиционные методы измерения полосы пропускания не подходят для обнаружения партий.

Основанный на методе угловой вибрации, улучшенный метод измерения полосы пропускания гироскопа больше не принимает сигнал движения стола угловой вибрации в качестве опорного сигнала, а использует выходной сигнал гироскопа с известной полосой пропускания в качестве опорного сигнала, так что затухание и задержка угловой вибрации Сигнал вибростола больше не может рассматриваться.

Рисунок 4. Улучшенная схема установки теста пропускной способности.

На рисунке 4 относительный сдвиг фазы и относительное изменение амплитуды можно рассчитать, взяв кривые вибрационной реакции нескольких гироскопов при разных углах частоты одновременно, просто зная полосу пропускания эталонного МЭМС-гироскопа.

1. Специальный план испытаний

Испытательные оси эталонного МЭМС-гироскопа и нескольких тестируемых гироскопов закрепляются вертикально вниз на вибростоле Angle. Промышленный компьютер используется для сбора данных гироскопа в реальном времени. После запуска микромеханического гироскопа для нормальной работы запустите проигрыватель моделирования, раскачайтесь в соответствии с различными частотами и амплитудами вибрации, запишите все данные, а затем нарисуйте кривую отклика угловой вибрации в той же системе координат посредством воспроизведения, чтобы вычислить относительный фазовый сдвиг и затухание амплитуды в точках размаха значений между каждой кривой.

Схема сравнения форм сигналов представлена ​​на рисунке 1, а реальная схема установки – на рисунке 5.

Рис. 5. Схема фактической установки улучшенного теста полосы пропускания

1. Проверьте эффект

Диаграмма формы тестового сигнала показана на рисунках 6 и 7.

Рисунок 6. Кривая отклика на вибрацию при тесте улучшенной полосы пропускания при частоте 1 Гц.

Рисунок 7. Кривая отклика на вибрацию при тесте с улучшенной полосой пропускания при частоте 40 Гц.

На рисунке 7 хорошо видно, что полоса пропускания двух гироскопов различна. Полоса пропускания тестируемого гироскопа ниже, чем у эталонного гироскопа, а относительная разность фазового сдвига составляет около 15°.

В реальном массовом производстве эталонный гироскоп устанавливается в качестве порогового значения, а улучшенный метод тестирования полосы пропускания может использоваться для быстрого измерения продуктов гироскопов, соответствующих проектной полосе пропускания, и тех, которые не соответствуют конструкции полосы пропускания.

*Заключение _
*
В этом документе представлены традиционный тест полосы пропускания и улучшенный тест полосы пропускания для MEMS-гироскопа. Улучшенный метод проверки пропускной способности больше подходит для проверки пропускной способности серийных продуктов. При тестировании реального продукта на примере относительный сдвиг полосы пропускания результата теста составляет 15 °, что позволяет эффективно оценить относительную полосу пропускания тестируемого продукта.

Компания Ericco, как опытный разработчик и производитель MEMS-гироскопов, провела строгие испытания пропускной способности MEMS-гироскопа. Например, два МЭМС-гироскопа навигационного класса имеют полосу пропускания 12 Гц для ER-MG2-50/100 для наземной навигации и полосу пропускания 50-100 Гц для ER-MG2-300/400 для воздушной и морской навигации. Пропускная способность является лишь одним из важных показателей MEMS-гироскопа. Хотите узнать более важные показатели, свяжитесь с нами.

Если вы хотите узнать больше о MEMS-гироскопах , нажмите на соответствующие статьи и продукты ниже.