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MEMS IMU 誤差類型 |
編輯: 來源:民生證券 時間:2023/7/24 |
MEMS IMU 的誤差一是來源于慣性傳感器自身的誤差,二是 IMU 在集成過 程中產生的誤差,兩種誤差的具體分類及各誤差因素解釋如下。 MEMS IMU 的總誤差中,安裝誤差和溫度是 MEMS 微慣性組合的主要誤差源,這兩種因素所引起的誤差通常占系統總誤差的 90%以上,同時由于硅基 MEMS 慣性器件的加工工藝特殊性, MEMS 體硅制造工藝也會導致輸出誤差, 下面將從 MEMS 體硅制造工藝產生的誤差、溫度誤差和安裝誤差三個方面進行介紹。 零偏MEMS 慣性傳感器零偏參數誤差主要包含零偏,零偏穩定性與重復性導致的誤差。其中零偏和零偏重復性導致 的誤差可以在初始對準時進行消除。零偏穩定性反映了傳感器在一定輸入的條件下,其輸出隨時間的漂移程 度,它與傳感器自身的設計與結構,外界條件的影響有關,主要條件為溫度。 刻度因數由于 MEMS 加速度計和 MEMS 陀螺通過刻度因數進行信號轉換,因此刻度因數的誤差將直接帶來測量的系統偏差。刻度因數的誤差分為非線性誤差和溫度 漂移兩類。 非敏感軸互耦誤差敏感軸互耦誤差指的是傳感器非敏感軸上有輸入時產生的誤差輸出。產生非敏感軸互耦誤差的原因多是由于傳 感器本身結構的存在一定的非正交性或者說有一定的非垂直度。 加速度靈敏度微陀螺的敏感加速度的輸出,這是一個誤差項。由于微陀螺多是基于機械振動的陀螺,因此可能會受到加速度 的影響。特別是在某些具有較大加速度的應用條件時。 啟動漂移MEMS 慣性傳感器在啟動后輸出隨時間發生的漂移,表征為輸出不穩定,漂移時間從半小時到數個小時不等, 在這個時間段內由于漂移,使得傳感器的零偏穩定性參數變差,產生額外的誤差,需要較長時間的預熱準備過 程。 隨機噪聲MEMS 慣性傳感器的隨機噪聲主要是結構的隨機噪聲和電路的隨機噪聲兩種,其中結構的隨機噪聲主要是機械 熱噪聲(布朗噪聲),電路的隨機噪聲則包括熱噪聲,g-r 噪聲,1/f 噪聲,散粒噪聲等,其中機械熱噪聲和電路 的熱噪聲對微傳感器性能影響較大,是主要的研究對象 機械熱噪聲的根源是周圍氣體或液體分子對機械顆粒的隨機碰撞即布郎力作用。這種作用對宏觀結構的影響是 可以忽略的,但是對于微米甚至納米量J的 MEMS 系統則不可忽略,該噪聲直接影響了 MEMS 器件的靈敏度 和分辨率,并且增加了測量時的隨機誤差。 電路熱噪聲的來源是在J對溫度為零度以上的導體中的載流子都在做無規則的熱運動,這種無規則的熱運動疊 加在載流子的有規則運動之上,就引起了電流偏離平均值的起伏,而導致電壓的起伏
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