發(fā)布時(shí)間：2017-04-23 18:08

  本文關(guān)鍵詞：慣性測(cè)量組合溫度漂移誤差補(bǔ)償技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著MEMS技術(shù)的不斷應(yīng)用和創(chuàng)新,MEMS慣性器件(加速度計(jì)和陀螺儀)及其組合MIMU(Micro Inertial Measurement Unit,微慣性測(cè)量單元)以其尺寸小,功耗低,重量輕等優(yōu)點(diǎn)廣泛地應(yīng)用于軍事領(lǐng)域和諸多民用領(lǐng)域。然而由于MEMS慣性器件測(cè)量電路是由對(duì)溫度較敏感的硅材料組成的,因此應(yīng)用環(huán)境的溫度變化對(duì)其測(cè)量會(huì)產(chǎn)生較大的影響。溫度漂移誤差是影響MEMS慣性器件測(cè)量精度的主要因素之一,如何減小這類(lèi)誤差成為亟待解決的問(wèn)題,目前采用的方法主要?dú)w結(jié)為兩種:硬件控制和軟件補(bǔ)償。本課題以MIMU為研究對(duì)象,對(duì)其溫度漂移誤差進(jìn)行分析、測(cè)試和建模,最終進(jìn)行補(bǔ)償,具體從以下幾個(gè)方面論述:首先,針對(duì)硅微機(jī)械振動(dòng)陀螺儀和梳齒狀電容式微加速度計(jì),分析其組成結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)力學(xué)特性及工作原理,在此基礎(chǔ)上闡述溫度誤差的產(chǎn)生機(jī)理,包括溫度變化造成的諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)、機(jī)械靈敏度等性能參數(shù)的變化,最終影響到零偏和標(biāo)度因數(shù)的漂移,為溫度建模補(bǔ)償提供依據(jù)。其次,MIMU的標(biāo)定是進(jìn)行誤差建模工作的基礎(chǔ),分析溫度漂移誤差是在標(biāo)定的前提下進(jìn)行的。通過(guò)標(biāo)定建立MIMU的誤差數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)合適的試驗(yàn)確定模型的零偏、標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差系數(shù)等24個(gè)參數(shù),建立MIMU的加速度測(cè)量值a、角速率測(cè)量值w與輸出電壓值U的關(guān)系,為后續(xù)溫度誤差的分析建模和補(bǔ)償研究奠定理論基礎(chǔ)。最后,通過(guò)溫度試驗(yàn)分析零偏和標(biāo)度因數(shù)、安裝誤差系數(shù)等24個(gè)參數(shù)的溫度特性,建立MIMU的溫度誤差補(bǔ)償模型,即采用軟件補(bǔ)償?shù)姆桨笇?duì)MIMU的輸出進(jìn)行補(bǔ)償,補(bǔ)償思想是將MIMU的加速度測(cè)量值a、角速率測(cè)量值w與零偏、標(biāo)度因數(shù)、安裝誤差系數(shù)以及輸出電壓值U統(tǒng)一建立溫度補(bǔ)償關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果證明了MIMU的誤差補(bǔ)償模型可以有效地減小MIMU在變溫環(huán)境下加速度和角速率測(cè)量誤差。
【關(guān)鍵詞】：MEMS慣性器件 慣性測(cè)量組合 數(shù)學(xué)模型 溫度補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN96
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 課題研究的背景與意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)11-17
• 1.2.1 MEMS慣性器件及MIMU發(fā)展概況11-15
• 1.2.2 MEMS慣性器件及MIMU溫度漂移補(bǔ)償研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 課題研究的目的及工作安排17-19
• 2 MIMU溫度漂移影響機(jī)理分析19-36
• 2.1 MIMU的組成及簡(jiǎn)介19-20
• 2.2 陀螺儀的工作原理20-25
• 2.2.1 陀螺儀基本結(jié)構(gòu)及原理分析20-23
• 2.2.2 陀螺儀的運(yùn)動(dòng)分析23-25
• 2.3 加速度計(jì)工作原理25-29
• 2.3.1 加速度計(jì)基本結(jié)構(gòu)及原理分析25-27
• 2.3.2 加速度計(jì)的運(yùn)動(dòng)分析27-29
• 2.4 陀螺儀的溫度誤差機(jī)理分析29-33
• 2.4.1 溫度對(duì)諧振頻率的影響29-31
• 2.4.2 溫度對(duì)品質(zhì)因數(shù)的影響31-32
• 2.4.3 溫度對(duì)陀螺儀機(jī)械靈敏度的影響32-33
• 2.4.4 溫度對(duì)其它材料性能的影響33
• 2.5 加速度計(jì)溫度漂移誤差機(jī)理分析33-35
• 2.5.1 加速度計(jì)零偏的溫度誤差機(jī)理分析33-34
• 2.5.2 加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)的溫度誤差機(jī)理分析34-35
• 2.6 MIMU溫度誤差表現(xiàn)形式35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 3 MIMU測(cè)量誤差標(biāo)定與分析36-46
• 3.1 MIMU的誤差分析和數(shù)學(xué)模型36-38
• 3.1.1 MIMU加速度計(jì)的誤差數(shù)學(xué)模型36-37
• 3.1.2 MIMU陀螺儀的誤差數(shù)學(xué)模型37-38
• 3.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)38-41
• 3.2.1 位置試驗(yàn)38-41
• 3.2.2 速率試驗(yàn)41
• 3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析與處理41-44
• 3.4 溫度傳感器的標(biāo)定44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 4 MIMU溫度特性研究及補(bǔ)償46-64
• 4.1 試驗(yàn)條件46-47
• 4.2 重復(fù)性測(cè)試47-49
• 4.3 溫度補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)49-51
• 4.3.1 系統(tǒng)辨識(shí)49-50
• 4.3.2 補(bǔ)償思想50-51
• 4.4 MIMU溫度特性測(cè)試與標(biāo)定51-52
• 4.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與補(bǔ)償52-63
• 4.5.1 加速度測(cè)量的誤差建模及補(bǔ)償52-58
• 4.5.2 角速率測(cè)量的誤差建模及補(bǔ)償58-63
• 4.6 本章小結(jié)63-64
• 5 總結(jié)和展望64-66
• 5.1 全文研究總結(jié)64-65
• 5.2 未來(lái)工作展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果70-71
• 致謝71-72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：322801