選擇陀螺儀時(shí)，需要考慮將最大誤差源最小化。在大多數(shù)應(yīng)用中，振動敏感度是最大的誤差源。其它參數(shù)可以輕松地通過校準(zhǔn)或求取多個(gè)傳感器的平均值來改善。偏置穩(wěn)定度是誤差預(yù)算較小的分量之一。
瀏覽高性能陀螺儀數(shù)據(jù)手冊時(shí)，多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師關(guān)注的第一個(gè)要素是偏置穩(wěn)定度規(guī)格。畢竟，它描述的是陀螺儀的分辨率下限，理所當(dāng)然是反映陀螺儀性能的最佳指標(biāo)!然而，實(shí)際的陀螺儀會因?yàn)槎喾N原因而出現(xiàn)誤差，使得用戶無法獲得數(shù)據(jù)手冊中宣稱的高偏置穩(wěn)定度。的確，可能只有在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)才能獲得那么高的性能。傳統(tǒng)方法是借助補(bǔ)償來最大程度地降低這些誤差源的影響。本文將討論多種此類技術(shù)及其局限性。最后，我們將討論另一種可選范式——根據(jù)機(jī)械性能選擇陀螺儀，以及必要時(shí)如何提高其偏置穩(wěn)定度。
環(huán)境誤差
所有中低價(jià)位的MEMS陀螺儀都有一定的時(shí)間-零點(diǎn)偏置和比例因子誤差，此外還會隨溫度而發(fā)生一定的變化。因此，對陀螺儀進(jìn)行溫度補(bǔ)償是很常見的做法。一般而言，陀螺儀集成溫度傳感器的目的就在于此。溫度傳感器的絕對精度并不重要，重要的是可重復(fù)性以及溫度傳感器與陀螺儀實(shí)際溫度的緊密耦合?，F(xiàn)代陀螺儀的溫度傳感器幾乎毫不費(fèi)力就能達(dá)到這些要求。
許多技術(shù)可以用于溫度補(bǔ)償，如多項(xiàng)式曲線擬合、分段線性近似等。只要記錄了足夠數(shù)量的溫度點(diǎn)，并且在校準(zhǔn)過程中采取了充分的措施，那么具體使用何種技術(shù)是無關(guān)緊要的。例如，在每個(gè)溫度的放置時(shí)間不足是一個(gè)常見的誤差源。然而，無論采用何種技術(shù)，無論有多細(xì)心，溫度遲滯——即通過冷卻與通過加熱達(dá)到某一特定溫度時(shí)的輸出之差——都將是限制因素。
圖1所示為陀螺儀ADXRS453的溫度遲滯環(huán)路。溫度從+25℃變?yōu)?130℃，再變?yōu)楱C45℃，最后回到+25℃，與此同時(shí)記錄未補(bǔ)償陀螺儀的零點(diǎn)偏置測量結(jié)果。加熱周期與冷卻周期中的+25℃零點(diǎn)偏置輸出存在細(xì)微的差異(本例中約為0.2°/s)，這就是溫度遲滯。此誤差無法通過補(bǔ)償來消除，因?yàn)闊o論陀螺儀上電與否，它都會出現(xiàn)。此外，遲滯的幅度與所施加的溫度“激勵(lì)”量成比例。也就是說，施加于器件的溫度范圍越寬，則遲滯越大。
圖1. 經(jīng)歷溫度循環(huán)(–45°C至+130°C)時(shí)未補(bǔ)償ADXRS453的零點(diǎn)偏置輸出
如果應(yīng)用允許啟動時(shí)復(fù)位零點(diǎn)偏置(即無旋轉(zhuǎn)時(shí)啟動)，或者在現(xiàn)場將零點(diǎn)偏置調(diào)零，則可以忽略此誤差。否則，這就可能是偏置穩(wěn)定度性能的一個(gè)限制因素，因?yàn)槲覀儫o法控制運(yùn)輸或存儲條件。
