في مجالات مثل الملاحة الثابتة، والتحكم في الطائرات بدون طيار، والأجهزة الذكية القابلة للارتداء، تحدد دقة قياسات الموجات المتحركة MEMS أداء النظام مباشرة.بسبب عوامل مثل ضغط التعبئة، وانحراف درجة الحرارة، والخطأ الصفر التحيز، جيروسكوبات MEMS عرضة للانحرافات البيانات بعد مغادرة المصنع.تحكم في درجة الحرارةأجهزة تحريك، كمعدات معايرة مخصصة، يمكن القضاء على أخطاء النظام من خلال إجراءات موحدة ، مما يسمح للجهاز بالعودة إلى حالة القياس المثلى.توضح هذه المقالة الخطوات الأساسية والتكنولوجيات الرئيسية للتعديل الجيروسكوبات MEMS باستخدامالحرارةلوحة تحكمها، تساعد المهندسين على إكمال أعمال المعايرة بكفاءة.

I. التحضيرات قبل المعايرة: التحقق المزدوج من المعدات والمعايير

يتطلب المعايرة الدقيقة بيئة اختبار مستقرة ، ويتحول عمل التحضير الأساسي حول "مطابقة المعدات" و "إعادة ضبط الحالة":

اختيار المعدات وتوصيلها:أجهزة تحريك مع تحكم في درجة الحرارةمع نطاق سرعة الزاوية الذي يغطي نطاق قياسات الجيروسكوب (عادة ما يكون من ±1000°/s إلى ±20000°/s) ودقة وضع الزاوية ≤0.001° ؛اتصالات بيانات كاملة بين اللوحة المدورة والجيروسكوب من خلال واجهة RS485/USB، وربطها بنظام تحكم درجة الحرارة لتحقيق الاستقرار في درجة حرارة البيئة عند 25 °C ± 2 °C (لإلغاء تداخل درجة الحرارة).

المعالجة المسبقة بالجيروسكوب: قم بتثبيت جهاز MEMS gyroscope على منصة تركيب المركزية للجهاز المدور ، مع ضمان أن سطح التثبيت عمودي على محور دوران الجهاز المدور (خطأ المحاورية ≤ 0.02mm) ؛يتم تسخينها مسبقًا لمدة 30 دقيقة للسماح للدوائر الداخلية للجيروسكوب بالوصول إلى التوازن الحراري وتجنب انحراف درجة الحرارة الأولية من التأثير على بيانات المعايرة.

إعداد المعلمات المرجعية: إدخال المعلمات الأساسية مثل نموذج الجيروسكوب، الحساسية الاسمية (على سبيل المثال، 10mV/(°/s)) ، وجهد التحيز الصفر في نظام التحكم في لوحة التشغيل،تعديلبروتوكول المعايرة القياسي (على سبيل المثال، IEEE 1554.2) ، وإكمال مطابقة المعلمات بين الأجهزة.

II. عملية المعايرة الأساسية: المعايرة الكاملة الأبعاد من التحيز الصفر الجامد إلى المعدل الديناميكي

المكافحة للاختراقالجهاز الدوار يحقق معايرة شاملة للالتواء الصفري للجهاز الدواري، الحساسية، والخطأ غير الخطي من خلال مزيج من الموقع الثابت والدوران الديناميكي.العملية الأساسية تتكون من ثلاث خطوات:

1معايرة التكيف الصامتة: القضاء على مرجع الخطأ الساكن

خطأ الانحياز الصفر هو الانحراف الخارجي للجهاز المتحرك عندما يكون ثابتًا ، وهو عامل رئيسي يؤثر على دقة القياسات الثابتة.الحرارة -المسيطرةتم الاحتفاظ بجهاز التحويل ثابتًا (سرعة الزاوية = 0 ° / ثانية) ، وتم جمع بيانات مخرجات الجيروسكوب بشكل مستمر لمدة 10 دقائق. تم تسجيل قيمة الجهد كل 10 ميس.و تم حساب متوسط التحيز الصفر باستخدام الصيغة التالية:

عدم التحيزV0= (Σ(في)) /n(أنا= 1 إلىn، حيثnهو عدد مجموعات البيانات)

القيم العادية التي تتجاوز نطاق 3σ (σ هو الانحراف المعياري)يتم إزالتها ، ويتم استخدام قيمة التحيز الصفرية النهائية كمعيار لتصحيح البيانات اللاحقة.

2معايرة الحساسية الديناميكية: إنشاء علاقة خطية بين المدخلات والمخرجات.

الحساسية هي نسبة تغير مخرج الجيروسكوب إلى معدل الزاوية المدخلة ؛ يجب أن يغطي المعايرة كامل نطاقه.يتم تدوير اللوحة الدوارة التي يتم التحكم في درجة الحرارة بشكل متساوٍ بمعدلات زاوية مميزة خمس (على سبيل المثال ، 100 °/s ، 500 °/s ، 1000 °/s ، 1500 °/s ، 2000 °/s). بعد الاستقرار لمدة 3 دقائق في كل معدل ،يتم جمع البيانات، ومتوسط الجهد الخارجي(في)المقابلة لكل معدل يتم حسابها.

الحساسيةك= ((في)-V0) /ωi(ωiهي السرعة الزاوية المحددة للمنصة)

معωiكما المحور الأفقي و ((في)-V0) كما المحور الرأسي. حساب معادلة التركيب الخطية باستخدام طريقة أقل مربعات لضمان أن جودة التركيبR2≥ 0.999الميل في هذه النقطة هو الحساسية الفعلية بعد المعايرة.

3معايرة الخطأ غير الخطي: تصحيح الانحرافات عبركاملةمجموعة القياس

بناءً على معايرة الحساسية، أضف 10 نقاط سرعة زاوية موزعة بالتساوي (على سبيل المثال، 200 درجة/ثانية، 400 درجة/ثانية...1800 درجة/ثانية) ، كرر عملية اكتساب البيانات الديناميكية،وحساب الانحراف بين الخروج الفعلي وقيمة التثبيت الخطية في كل نقطة:

خطأ غير خطيδ= [(_الفعليV-_مُجهزةV) / (المقياس الكاملV - V0) ] × 100%

إذاδيتجاوز متطلبات أداء الجيروسكوب (عادة ≤0.5%) ، يجب تطبيق معامل تعويض الخطأ من خلال نظام التحكم في لوحة التشغيل لتحقيق تصحيح غير خطي عبركاملةالنطاق

التحقق بعد المعايرة: خطوة أساسية في ضمان موثوقية البيانات

بعد المعايرة ، يجب أن يمر النظام في كل من "تحقق إعادة المعايرة" و "اختبار السيناريو".

1.إعادة المعايرة والتحقق: تحديد عشوائي 3 زاويةالمعدلالنقاط (مثل 300 درجة / ثانية، 800 درجة / ثانية، 1600 درجة / ثانية) ، كرر عملية المعايرة الديناميكية، وقارن الحساسية والتحيز الصفري للمعايرات. يجب أن يكون الانحراف ≤0.1 ٪. خلاف ذلك،يجب إعادة التحقق من دقة التثبيت ورابط جمع البيانات.

2.اختبار السيناريو: قم بتوصيل الجيروسكوب المعدل بوحدة قياس الثبات (IMU) ، وقم بمحاكاة تغيرات موقف الطائرة بدون طيار (مثل ± 30 درجة الارتفاع والدوران) من خلالمعدل حرارةمن المقرر أن يتم التحكم في الخطأ في حدود 0.01 درجة.

من خلال معايرة موحدة باستخدامتحكم في درجة الحرارةطاولة التشغيل ، يمكن تحسين استقرار حيز الصفر من الموجات المتحركة MEMS بأكثر من 50٪ ويمكن التحكم في خطأ الحساسية ضمن 0.1٪ ،توفير ضمان أساسي لتشغيل الأنظمة اللاحقة بدقة.