MEMS陀螺仪有多精确?

MEMS陀螺仪是一种用于测量和保持方向的仪器，在航空、航天、航海、地震学等领域有着广泛的应用。MEMS陀螺仪的精度是衡量其性能的重要指标之一，直接影响到陀螺仪的使用效果和可靠性。

MEMS陀螺仪的精度指标主要包括零偏、漂移、稳定性和可重复性。其中，零偏是指陀螺仪在静态状态下输出的非零信号，会导致陀螺仪的测量结果偏离真实值。漂移是指陀螺仪在运动状态下输出的非零值数，它会使陀螺仪的测量结果随时间发生变化。稳定性是指陀螺仪在长期使用过程中性能的稳定性，它直接影响到陀螺仪的可靠性和使用寿命。重复性是指陀螺仪多次测量同一物理量时输出结果的一致性，是评价陀螺仪测量精度的重要指标之一。

MEMS陀螺仪的主要性能参数

1. 零偏稳定性

寻北MEMS 陀螺

零偏差是指陀螺仪在零输入状态下的输出，用长时间输出的平均值表示，等于输入角速率，即观测值在零偏差周围的色散程度，如0.005度/秒表示它每秒会漂移0.005度。Ericco的ER-MG2 -50/100高性能寻北MEMS陀螺仪的零偏稳定性可达0.1°/hr，零偏重复性为0.1°/hr，可见其测量精度非常高。零输入状态下的长期稳态输出是一个平稳随机过程，即稳态输出将在均值(零偏)附近起伏，通常用均方误差表示，定义为零偏稳定性。初始零偏误差可以理解为静态误差，它不随时间波动，可以用软件校准。

2. 范围(动态范围)

陀螺仪的范围通常表示为正、负输入角速率的最大值，如+/-300度/秒。该值越大，陀螺仪对角速度的敏感能力越强。在该输入角速率的范围内，陀螺仪比例因子的非线性可以满足规定的要求，通常可以对陀螺仪的范围进行配置。

3.灵敏度(分辨率)

灵敏度(分辨率)表示在指定的输入角速率下可以感知到的最小输入角速率的增量，例如:0.05度/秒/LSB。一般来说，MEMS陀螺仪的测量范围越大，其灵敏度就会相应降低。

4. 比例因子

比例因子(scaling factor)是陀螺仪输出角速率与输入角速率的比值。该比率表示为特定直线的斜率，该斜率是通过使用最小二乘法拟合在整个输入角速率范围内测量的输入和输出数据而获得的。

5. 非线性度

非线性是在输入角速率范围内，陀螺仪输出的最大偏差与最小二乘法拟合的直线与最大输出的比值，它表示陀螺仪实际输入输出数据的偏差程度，决定了拟合数据的可靠性。

6. 线性加速度灵敏度

线性加速度灵敏度反映陀螺仪对加速度的灵敏度，单位为度/秒/克。

7. 振动的敏感性

振动灵敏度是指陀螺仪对振动的灵敏度，单位为度/秒/g2。陀螺仪对线性加速度和振动的敏感性越低，陀螺仪的性能越好，所建立的算法越有效。

8. 偏置电压灵敏度

偏置电压灵敏度是指陀螺仪输出对电源变化的灵敏度，如:0.03度/秒/V，即电源每变化1V，输出角速率变化多少。

9. 带宽

带宽是指陀螺仪能够准确测量输入角速率的频率范围，该范围越大，陀螺仪的动态响应能力越强。

10. 自检功能

自检功能在使用前自动测试器件的机械和CMOS电路部分，以提供系统稳健性。

11. 电力消耗

功耗包括陀螺仪在不同分辨率或不同数据输出速率下运行时的功耗、睡眠功耗。这一指标在可穿戴设备和物联网等低功耗应用中尤为重要。

12. 影响生存能力

冲击生存能力是指陀螺仪承受不同程度加速度冲击的能力，例如2000g加速度冲击后陀螺仪能保证系统的正常运行。考虑到陀螺仪的应用环境可能会受到较大的影响，这个指标就显得尤为重要，一般陀螺仪超过其加速度范围就会挂起，必须重新启动才能正常工作。

13. 工作温度范围

MEMS陀螺仪的机械结构决定了温度会影响数据输出，超过工作温度范围可能会导致数据输出出现较大偏差。

14. 包装错误

包装误差是裸露件的对角线与包装的对角线之间的角度。

为了提高MEMS陀螺仪的精度，需要采取一系列措施。首先要选择高质量的陀螺仪器件，保证其制造工艺和质量符合要求。其次，需要进行精确的校准和调试，以消除零偏和漂移等误差。此外，还需要采用合适的安装方法和使用环境，避免外界干扰和影响。ER-MG2-50/100是一款单轴MEMS角速度寻北传感器(陀螺仪)，设计为先进的差分传感器，可拒绝线性加速度的影响，使ER-MG2-50/100能够在存在冲击和振动的极端恶劣环境中运行。这种高精度寻北器设计用于在测井/陀螺仪、采矿/钻井设备、武器/无人机发射系统、卫星天线、目标跟踪系统等中寻北、指向和初始对准。

最后，应定期进行维护和检修，以确保陀螺仪的性能稳定可靠。

审核编辑 黄宇