जड़ता नेविगेशन, ड्रोन नियंत्रण और स्मार्ट वेरेबल जैसे क्षेत्रों में, एमईएमएस जिरोस्कोप की माप सटीकता सीधे सिस्टम प्रदर्शन को निर्धारित करती है।पैकेजिंग तनाव जैसे कारकों के कारण, तापमान विचलन, और शून्य-पक्षपाती त्रुटि, एमईएमएस जायरोस्कोप कारखाने छोड़ने के बाद डेटा विचलन के लिए प्रवण हैं।तापमान नियंत्रितटर्नटेबल, विशेष कैलिब्रेशन उपकरण के रूप में, मानक प्रक्रियाओं के माध्यम से सिस्टम त्रुटियों को समाप्त कर सकता है, जिससे जिरोस्कोप अपनी इष्टतम माप स्थिति में लौट सकता है।इस लेख में एमईएमएस जिरोस्कोपों को कैलिब्रेट करने के लिए मुख्य चरणों और प्रमुख प्रौद्योगिकियों का विवरण दिया गया है।एक तापमान-नियंत्रित टर्नटेबल, इंजीनियरों को कुशलता से कैलिब्रेशन कार्य पूरा करने में मदद करता है।
I. कैलिब्रेशन से पहले की तैयारीः उपकरण और मापदंडों का दोहरी सत्यापन
सटीक कैलिब्रेशन के लिए एक स्थिर परीक्षण वातावरण की आवश्यकता होती है, और मुख्य तैयारी कार्य "उपकरण मिलान" और "राज्य रीसेट" के आसपास घूमता हैः
उपकरण का चयन और कनेक्शनः एक का चयन करेंतापमान नियंत्रित टर्नटेबलजिरोस्कोप माप सीमा (आमतौर पर ±1000°/s से ±20000°/s) को कवर करने वाली कोणीय दर सीमा और कोणीय स्थिति सटीकता ≤0.001° के साथ;एक RS485/USB इंटरफ़ेस के माध्यम से टर्नटेबल और gyroscope के बीच पूर्ण डेटा संचार, और एक तापमान नियंत्रण प्रणाली से कनेक्ट करें ताकि परिवेश का तापमान 25°C±2°C पर स्थिर हो सके (तापमान हस्तक्षेप को समाप्त करने के लिए) ।
जिरोस्कोप प्रीप्रोसेसिंग: MEMS gyroscope को टर्नटेबल के मध्य माउंटिंग प्लेटफॉर्म पर फिक्स करें, यह सुनिश्चित करते हुए कि माउंटिंग सतह टर्नटेबल की रोटेशन अक्ष के लंबवत हो (coaxiality error ≤ 0.02mm);30 मिनट के लिए प्रीहीट किया जाता है ताकि जिरोस्कोप के आंतरिक सर्किट को थर्मल संतुलन तक पहुंचने की अनुमति दी जा सके और प्रारंभिक तापमान विचलन से कैलिब्रेशन डेटा को प्रभावित करने से बचा जा सके।.
संदर्भ पैरामीटर सेटिंग: गिरोस्कोप मॉडल, नाममात्र संवेदनशीलता (उदाहरण के लिए, 10mV/(°/s)), और टर्नटेबल नियंत्रण प्रणाली में शून्य पूर्वाग्रह वोल्टेज जैसे इनपुट बुनियादी मापदंड,समायोजन करनामानक कैलिब्रेशन प्रोटोकॉल (जैसे, IEEE 1554.2) और उपकरणों के बीच पैरामीटर मिलान को पूरा करें।
II. कोर कैलिब्रेशन प्रक्रियाः स्थिर शून्य पूर्वाग्रह से गतिशील दर तक पूर्ण आयामी कैलिब्रेशन
तापमान नियंत्रितटर्नटेबल स्थिर स्थिति और गतिशील रोटेशन के संयोजन के माध्यम से gyroscope के शून्य पूर्वाग्रह, संवेदनशीलता और गैर-रैखिक त्रुटि का व्यापक कैलिब्रेशन प्राप्त करता है।मूल प्रक्रिया में तीन चरण होते हैं:
1. स्थिर शून्य-पक्षपात कैलिब्रेशनः स्थैतिक त्रुटि संदर्भ को समाप्त करना
शून्य पूर्वाग्रह त्रुटि एक gyroscope के आउटपुट बहाव जब यह स्थिर है, और यह एक प्रमुख कारक स्थिर माप की सटीकता को प्रभावित करता है।तापमान-नियंत्रितटर्नटेबल को स्थिर रखा गया (कोणीय दर = 0°/सेकंड), और 10 मिनट के लिए जिरोस्कोप आउटपुट डेटा को लगातार एकत्र किया गया। प्रत्येक 10ms में एक वोल्टेज मान दर्ज किया गया,और निम्न सूत्र का उपयोग करके औसत शून्य पूर्वाग्रह की गणना की गई थी:
शून्य पूर्वाग्रहV0= (ΣVi) /n(i= 1 सेn, जहांnडेटा सेट की कुल संख्या है)
3σ की सीमा से अधिक असामान्य (σ मानक विचलन है)हटाए जाते हैं और अंतिम शून्य पूर्वाग्रह मूल्य का उपयोग बाद के डेटा सुधार के लिए बेंचमार्क के रूप में किया जाता है।
2गतिशील संवेदनशीलता कैलिब्रेशनः इनपुट और आउटपुट के बीच रैखिक संबंध स्थापित करना।
संवेदनशीलता जिरोस्कोप के आउटपुट परिवर्तन का उसके इनपुट कोणीय दर के अनुपात है; कैलिब्रेशन को इसकी पूरी रेंज को कवर करना चाहिए।तापमान नियंत्रित टर्नटेबल पांच विशेषता कोण दरों पर समान रूप से घुमाया जाता है (जैसे, 100°/s, 500°/s, 1000°/s, 1500°/s, 2000°/s) प्रत्येक दर पर 3 मिनट के लिए स्थिर करने के बाद,डेटा एकत्र किया जाता है, और औसत आउटपुट वोल्टेजViप्रत्येक दर के अनुरूप गणना की जाती है ।
संवेदनशीलताक= (Vi-V0) /ं(ंटर्नटेबल का सेट कोणीय वेग है)
के साथंक्षैतिज धुरी और (Vi-वी0) ऊर्ध्वाधर धुरी के रूप में। फिट की अच्छाई सुनिश्चित करने के लिए सबसे कम वर्ग विधि का उपयोग करके रैखिक फिट समीकरण की गणना करेंआर2≥ 0999इस बिंदु पर ढलान कैलिब्रेशन के बाद वास्तविक संवेदनशीलता है।
3. गैर रैखिक त्रुटि कैलिब्रेशन:पूर्णमाप सीमा।
संवेदनशीलता कैलिब्रेशन के आधार पर, 10 समान रूप से वितरित कोणीय वेग बिंदुओं (जैसे, 200°/s, 400°/s...1800°/s) को जोड़ें, गतिशील डेटा अधिग्रहण प्रक्रिया को दोहराएं,और प्रत्येक बिंदु पर वास्तविक उत्पादन और रैखिक फिटिंग मूल्य के बीच विचलन की गणना:
गैर-रैखिक त्रुटिδ= [(वास्तविकवी-सुसज्जितवी) / (पूरा पैमानाV - V0) ] × 100%
यदिδgyroscope के प्रदर्शन की आवश्यकताओं (आमतौर पर ≤0.5%) से अधिक है, एक त्रुटि मुआवजा गुणांक टर्नटेबल नियंत्रण प्रणाली के माध्यम से लागू किया जाना चाहिएपूर्णसीमा।
III. कैलिब्रेशन के बाद सत्यापनः डेटा की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने में एक महत्वपूर्ण कदम
कैलिब्रेशन के बाद, सिस्टम को "पुनः कैलिब्रेशन सत्यापन" और "स्केचरी परीक्षण" दोनों सत्यापन पास करना होगा।
1.पुनर्मूल्यांकन और सत्यापन: यादृच्छिक रूप से 3 कोणीय का चयन करेंदरबिंदुओं (जैसे, 300°/s, 800°/s, 1600°/s) पर, गतिशील कैलिब्रेशन प्रक्रिया को दोहराएं, और दो कैलिब्रेशन की संवेदनशीलता और शून्य पूर्वाग्रह की तुलना करें। विचलन ≤0.1% होना चाहिए। अन्यथा,स्थापना की सटीकता और डेटा अधिग्रहण लिंक को फिर से जांचना होगा.
2.परिदृश्य परीक्षण: कैलिब्रेटेड जिरोस्कोप को जड़ता माप इकाई (आईएमयू) से कनेक्ट करें, ड्रोन के रुख परिवर्तन (जैसे ± 30° पिच और रोटेशन) का अनुकरण करेंएक तापमान नियंत्रितटर्नटेबल, गिरोही द्वारा आउटपुट कोण स्थिति डेटा एकत्र करें, और इसे टर्नटेबल की मानक कोण स्थिति के साथ तुलना करें। त्रुटि को 0.01° के भीतर नियंत्रित किया जाना चाहिए।
एक मानक कैलिब्रेशन के माध्यम सेतापमान नियंत्रितटर्नटेबल, शून्य पूर्वाग्रह स्थिरता MEMS gyroscopes के 50% से अधिक द्वारा सुधार किया जा सकता है और संवेदनशीलता त्रुटि 0.1% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है,बाद की प्रणालियों के सटीक संचालन के लिए एक मुख्य गारंटी प्रदान करना.
जड़ता नेविगेशन, ड्रोन नियंत्रण और स्मार्ट वेरेबल जैसे क्षेत्रों में, एमईएमएस जिरोस्कोप की माप सटीकता सीधे सिस्टम प्रदर्शन को निर्धारित करती है।पैकेजिंग तनाव जैसे कारकों के कारण, तापमान विचलन, और शून्य-पक्षपाती त्रुटि, एमईएमएस जायरोस्कोप कारखाने छोड़ने के बाद डेटा विचलन के लिए प्रवण हैं।तापमान नियंत्रितटर्नटेबल, विशेष कैलिब्रेशन उपकरण के रूप में, मानक प्रक्रियाओं के माध्यम से सिस्टम त्रुटियों को समाप्त कर सकता है, जिससे जिरोस्कोप अपनी इष्टतम माप स्थिति में लौट सकता है।इस लेख में एमईएमएस जिरोस्कोपों को कैलिब्रेट करने के लिए मुख्य चरणों और प्रमुख प्रौद्योगिकियों का विवरण दिया गया है।एक तापमान-नियंत्रित टर्नटेबल, इंजीनियरों को कुशलता से कैलिब्रेशन कार्य पूरा करने में मदद करता है।
I. कैलिब्रेशन से पहले की तैयारीः उपकरण और मापदंडों का दोहरी सत्यापन
सटीक कैलिब्रेशन के लिए एक स्थिर परीक्षण वातावरण की आवश्यकता होती है, और मुख्य तैयारी कार्य "उपकरण मिलान" और "राज्य रीसेट" के आसपास घूमता हैः
उपकरण का चयन और कनेक्शनः एक का चयन करेंतापमान नियंत्रित टर्नटेबलजिरोस्कोप माप सीमा (आमतौर पर ±1000°/s से ±20000°/s) को कवर करने वाली कोणीय दर सीमा और कोणीय स्थिति सटीकता ≤0.001° के साथ;एक RS485/USB इंटरफ़ेस के माध्यम से टर्नटेबल और gyroscope के बीच पूर्ण डेटा संचार, और एक तापमान नियंत्रण प्रणाली से कनेक्ट करें ताकि परिवेश का तापमान 25°C±2°C पर स्थिर हो सके (तापमान हस्तक्षेप को समाप्त करने के लिए) ।
जिरोस्कोप प्रीप्रोसेसिंग: MEMS gyroscope को टर्नटेबल के मध्य माउंटिंग प्लेटफॉर्म पर फिक्स करें, यह सुनिश्चित करते हुए कि माउंटिंग सतह टर्नटेबल की रोटेशन अक्ष के लंबवत हो (coaxiality error ≤ 0.02mm);30 मिनट के लिए प्रीहीट किया जाता है ताकि जिरोस्कोप के आंतरिक सर्किट को थर्मल संतुलन तक पहुंचने की अनुमति दी जा सके और प्रारंभिक तापमान विचलन से कैलिब्रेशन डेटा को प्रभावित करने से बचा जा सके।.
संदर्भ पैरामीटर सेटिंग: गिरोस्कोप मॉडल, नाममात्र संवेदनशीलता (उदाहरण के लिए, 10mV/(°/s)), और टर्नटेबल नियंत्रण प्रणाली में शून्य पूर्वाग्रह वोल्टेज जैसे इनपुट बुनियादी मापदंड,समायोजन करनामानक कैलिब्रेशन प्रोटोकॉल (जैसे, IEEE 1554.2) और उपकरणों के बीच पैरामीटर मिलान को पूरा करें।
II. कोर कैलिब्रेशन प्रक्रियाः स्थिर शून्य पूर्वाग्रह से गतिशील दर तक पूर्ण आयामी कैलिब्रेशन
तापमान नियंत्रितटर्नटेबल स्थिर स्थिति और गतिशील रोटेशन के संयोजन के माध्यम से gyroscope के शून्य पूर्वाग्रह, संवेदनशीलता और गैर-रैखिक त्रुटि का व्यापक कैलिब्रेशन प्राप्त करता है।मूल प्रक्रिया में तीन चरण होते हैं:
1. स्थिर शून्य-पक्षपात कैलिब्रेशनः स्थैतिक त्रुटि संदर्भ को समाप्त करना
शून्य पूर्वाग्रह त्रुटि एक gyroscope के आउटपुट बहाव जब यह स्थिर है, और यह एक प्रमुख कारक स्थिर माप की सटीकता को प्रभावित करता है।तापमान-नियंत्रितटर्नटेबल को स्थिर रखा गया (कोणीय दर = 0°/सेकंड), और 10 मिनट के लिए जिरोस्कोप आउटपुट डेटा को लगातार एकत्र किया गया। प्रत्येक 10ms में एक वोल्टेज मान दर्ज किया गया,और निम्न सूत्र का उपयोग करके औसत शून्य पूर्वाग्रह की गणना की गई थी:
शून्य पूर्वाग्रहV0= (ΣVi) /n(i= 1 सेn, जहांnडेटा सेट की कुल संख्या है)
3σ की सीमा से अधिक असामान्य (σ मानक विचलन है)हटाए जाते हैं और अंतिम शून्य पूर्वाग्रह मूल्य का उपयोग बाद के डेटा सुधार के लिए बेंचमार्क के रूप में किया जाता है।
2गतिशील संवेदनशीलता कैलिब्रेशनः इनपुट और आउटपुट के बीच रैखिक संबंध स्थापित करना।
संवेदनशीलता जिरोस्कोप के आउटपुट परिवर्तन का उसके इनपुट कोणीय दर के अनुपात है; कैलिब्रेशन को इसकी पूरी रेंज को कवर करना चाहिए।तापमान नियंत्रित टर्नटेबल पांच विशेषता कोण दरों पर समान रूप से घुमाया जाता है (जैसे, 100°/s, 500°/s, 1000°/s, 1500°/s, 2000°/s) प्रत्येक दर पर 3 मिनट के लिए स्थिर करने के बाद,डेटा एकत्र किया जाता है, और औसत आउटपुट वोल्टेजViप्रत्येक दर के अनुरूप गणना की जाती है ।
संवेदनशीलताक= (Vi-V0) /ं(ंटर्नटेबल का सेट कोणीय वेग है)
के साथंक्षैतिज धुरी और (Vi-वी0) ऊर्ध्वाधर धुरी के रूप में। फिट की अच्छाई सुनिश्चित करने के लिए सबसे कम वर्ग विधि का उपयोग करके रैखिक फिट समीकरण की गणना करेंआर2≥ 0999इस बिंदु पर ढलान कैलिब्रेशन के बाद वास्तविक संवेदनशीलता है।
3. गैर रैखिक त्रुटि कैलिब्रेशन:पूर्णमाप सीमा।
संवेदनशीलता कैलिब्रेशन के आधार पर, 10 समान रूप से वितरित कोणीय वेग बिंदुओं (जैसे, 200°/s, 400°/s...1800°/s) को जोड़ें, गतिशील डेटा अधिग्रहण प्रक्रिया को दोहराएं,और प्रत्येक बिंदु पर वास्तविक उत्पादन और रैखिक फिटिंग मूल्य के बीच विचलन की गणना:
गैर-रैखिक त्रुटिδ= [(वास्तविकवी-सुसज्जितवी) / (पूरा पैमानाV - V0) ] × 100%
यदिδgyroscope के प्रदर्शन की आवश्यकताओं (आमतौर पर ≤0.5%) से अधिक है, एक त्रुटि मुआवजा गुणांक टर्नटेबल नियंत्रण प्रणाली के माध्यम से लागू किया जाना चाहिएपूर्णसीमा।
III. कैलिब्रेशन के बाद सत्यापनः डेटा की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने में एक महत्वपूर्ण कदम
कैलिब्रेशन के बाद, सिस्टम को "पुनः कैलिब्रेशन सत्यापन" और "स्केचरी परीक्षण" दोनों सत्यापन पास करना होगा।
1.पुनर्मूल्यांकन और सत्यापन: यादृच्छिक रूप से 3 कोणीय का चयन करेंदरबिंदुओं (जैसे, 300°/s, 800°/s, 1600°/s) पर, गतिशील कैलिब्रेशन प्रक्रिया को दोहराएं, और दो कैलिब्रेशन की संवेदनशीलता और शून्य पूर्वाग्रह की तुलना करें। विचलन ≤0.1% होना चाहिए। अन्यथा,स्थापना की सटीकता और डेटा अधिग्रहण लिंक को फिर से जांचना होगा.
2.परिदृश्य परीक्षण: कैलिब्रेटेड जिरोस्कोप को जड़ता माप इकाई (आईएमयू) से कनेक्ट करें, ड्रोन के रुख परिवर्तन (जैसे ± 30° पिच और रोटेशन) का अनुकरण करेंएक तापमान नियंत्रितटर्नटेबल, गिरोही द्वारा आउटपुट कोण स्थिति डेटा एकत्र करें, और इसे टर्नटेबल की मानक कोण स्थिति के साथ तुलना करें। त्रुटि को 0.01° के भीतर नियंत्रित किया जाना चाहिए।
एक मानक कैलिब्रेशन के माध्यम सेतापमान नियंत्रितटर्नटेबल, शून्य पूर्वाग्रह स्थिरता MEMS gyroscopes के 50% से अधिक द्वारा सुधार किया जा सकता है और संवेदनशीलता त्रुटि 0.1% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है,बाद की प्रणालियों के सटीक संचालन के लिए एक मुख्य गारंटी प्रदान करना.
