MEMSIMU陀螺仪对准基础.PDF

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MEMS IMU/陀螺仪对准基础 作者:Mark Looney 简介 对于在反馈环路中采用MEMS 惯性测量单元 (IMU) 的高性 某些IMU 规格表通过“轴到封装对准误差”或“轴到坐标系对 能运动控制系统,传感器对准误差常常是其关键考虑之一。 准误差”等参数来量化对准误差。图 1 以夸张方式显示了 对于IMU 中的陀螺仪,传感器对准误差描述各陀螺仪的旋转 ADIS16485 中各陀螺仪相对于其封装边缘的对准误差。图中 轴与系统定义的“惯性参考系” (也称为“全局坐标系” )之间 的绿色虚线代表封装定义的参考系的各轴。实线代表封装内 的角度差。为了管控对准误差对传感器精度的影响,可能需 部陀螺仪的旋转轴,Ψ 代表三个对准误差项的最大值 (Ψ , IMU X 要独特的封装、特殊的组装工艺,甚至在最终配置中进行复 Ψ , Ψ ) 。 Y Z 杂的惯性测试。所有这些事情都可能会对项目管理的重要指 标,如计划、投资和各系统中IMU 相关的总成本等,产生重 大影响。因此,在设计周期的早期,当还有时间界定系统架 构以实现最有效解决方案的时候,对传感器对准误差加以考 虑是十分有必要的。毕竟,没有人希望在烧掉项目80%的计 划时间和预算之后才发现,为了满足最终用户不容商量的交 货要求,其并不昂贵的传感器需要增加数百甚至数千美元的 意外成本,那样可就糟糕至极了! 图1. ADIS16485 轴到坐标系的对准误差 设计系统的IMU 功能架构时,有三个基本对准概念需要了解 为了预测系统对准误差的贡献 (公式1 中的ΨSYS ),需要分 和评估:误差估计、对准误差对系统关键行为的影响以及电 析机械缺陷导致 IMU 在系统中的停靠位置相对于全局坐标 子对准 (安装后)。初始误差估计应当包括IMU 以及在运行 系偏斜的可能性。使用焊接到印刷电路板的IMU 时,这将涉 过程中将其固定就位的机械系统这两方面的误差贡献。了解 及到以下考量因素:原始放置精度、焊料沉积的差异、回流 这些误差对系统关键功能的影响有助于确立相关性能目标, 焊期间的浮动、PCB 关键特性(如安装孔等)的容差以及系 防止过度处理问题,同时管控无法兑现关键性能和成本承诺 统框架本身的容差等。使用模块式IMU 时,它可以与系统外 的风险。最后,为了优化系统的性能或以成本换空间,可能 壳实现更直接的耦合,如图2 所示。此类接口有两个关键机 需要某种形式的电子对准。 械特性可帮助管控安装偏斜误差:安装架 (4×) 和安装巢。 预测安装后的对准误差 一个应用的对准精度取决于两个关键因素:IMU 的对准误差 和在运行过程中将其固定就位的机械系统的精度。IMU 的贡 献(ΨIMU)和系统的贡献(ΨSYS)通常并不相关,估计总对准误差 时,常常是利用和方根计算将这两个误差源加以合并: 2 2 图2. 内嵌式底板设计概念 ΨT = Ψ IMU + Ψ SYS (1) 模拟对话 49-06 ,2015 年6 月 /zh/analogdialogue 1 在此类安装方案中,四个安装架的高度差异就是机械差异的一 个例子,可能引起x 轴和y 轴的安装偏斜。图3 以夸张方式说 (4) 明了这种偏差(H1 与H2 )对x 轴安装偏斜 (ΨX) 的影响。 实例1 使用2 mm 机械螺丝将ADIS1648

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