Glossaire

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Un recueil utile de définitions des termes de spécification et de leurs explications, tels qu’ils sont utilisés dans toutes les brochures, fiches techniques et autres caractéristiques décrivant les produits de Silicon Sensing.

Variance d'Allan

La technique de la variance d’Allan est une méthode mathématique très puissante qui permet à l’utilisateur d’évaluer les performances réelles d’un gyroscope par rapport à la dynamique de son application. Pour ce faire, elle prend en compte les effets du biais, du bruit, de la dérive et de l’instabilité à long terme du capteur. La description complète de cette technique dépasse le cadre de ce glossaire (contactez-nous ou consultez le site web pour plus d’informations). Voici un résumé des points clés : le biais est toujours mesuré en faisant la moyenne d’échantillons de données successifs − le défi consiste toujours à sélectionner un temps approprié pour faire la moyenne des données échantillonnées.

Les moyennes obtenues sur de courts intervalles de temps seront dominées par le bruit, celles obtenues sur une période plus longue par une dérive à plus long terme. . La technique consiste à sélectionner une gamme d’intervalles de temps (par exemple de 0,0 s à 500 s) sur lesquels les données seront calculées en moyenne. La variation (écart-type) d’une période de temps moyenne à l’autre est calculée et représentée en fonction de l’intervalle de calcul de la moyenne sous forme logarithmique. Le graphique qui en résulte a une forme caractéristique de « baignoire ». En examinant ce graphique, il est possible de calculer les principales caractéristiques du gyroscope, à savoir :

la marche aléatoire angulaire ;
l’instabilité du biais ;
la marche aléatoire de la vitesse

Marche aléatoire angulaire (ARW)

Il s’agit d’une mesure du bruit du gyroscope, exprimée en °/rt heure ou °/rt sec. Il peut être considéré comme la variation (ou l’écart-type), due au bruit, du résultat de l’intégration de la sortie d’un gyroscope stationnaire dans le temps.

Prenons l’exemple d’un gyroscope ayant un ARW de 1 °/rt sec, intégré de nombreuses fois pour obtenir une mesure de position angulaire : pour un gyroscope stationnaire, le résultat idéal (et le résultat moyen) sera nul. Néanmoins, plus le temps d’intégration est long, plus l’écart des résultats par rapport au zéro idéal est important. Étant proportionnel à la racine carrée du temps d’intégration, cet écart serait de 1 ° après 1 seconde et de 10 ° après 100 secondes.

Gamme de taux angulaire/ gamme de taux complète

La vitesse angulaire d’entrée maximale applicable au gyroscope, qui permet d’obtenir des performances optimales. Lorsque la vitesse angulaire d’entrée dépasse ce point, la sortie du gyroscope peut être déformée ou saturée. Les unités de la gamme de vitesse angulaire sont normalement exprimées en degrés par seconde, ou °/s. Notez que la gamme des taux pleins est normalement deux fois supérieure à la gamme des taux angulaires. Par exemple, pour un gyroscope dont la gamme de taux est de +/-100 °/s, la gamme de taux complète serait de 200 °/s.

Biais

Le biais, ou l’erreur de biais, d’un gyroscope est le signal émis par le gyroscope lorsqu’il ne subit PAS de rotation. Même les gyroscopes les plus performants au monde ont des sources d’erreur (le vieil axiome s’applique ici aussi : « on en a pour son argent ») et le biais est l’une de ces erreurs. Le biais peut être exprimé en tension ou en pourcentage de la sortie pleine échelle. Toutefois, il représente essentiellement une vitesse de rotation (en degrés par seconde). Là encore, dans un monde parfait, on pourrait prendre en compte une erreur de biais fixe. Malheureusement, l’erreur de biais a tendance à varier, à la fois en fonction de la température et dans le temps. L’erreur de biais d’un gyroscope est due à un certain nombre de composants :

−erreurs d’étalonnage
− passage d’une commutation à l’autre
− dérive du biais
− variation du biais en fonction de la température
− effets des chocs (niveau g)

Les mesures individuelles du biais sont également affectées par le bruit, c’est pourquoi une mesure significative de ce biais est toujours une moyenne d’une série de mesures. . La technique de la variance d’Allan constitue un moyen très efficace de décrire les performances du biais du gyroscope sous une forme très large.

Dérive du biais

Ne pas confondre avec le terme plus courant de taux de dérive. . Il s’agit plus précisément de la variation du biais dans le temps, en supposant que tous les autres facteurs restent constants. En fait, il s’agit d’un effet d’échauffement, causé par l’auto-échauffement du gyroscope et de ses composants mécaniques et électriques associés. On peut s’attendre à ce que cet effet soit plus important au cours des premières secondes suivant l’allumage et qu’il soit presque inexistant après (disons) cinq minutes.

Instabilité du biais

L’instabilité du biais est une mesure fondamentale de la « qualité » d’un gyroscope. Elle est définie comme le point minimum de la courbe de variance d’Allan, généralement mesuré en °/hr. Elle représente la meilleure stabilité du biais qui pourrait être obtenue pour un gyroscope donné. En effet, l’on suppose que le calcul de la moyenne du biais s’effectue à l’intervalle défini au minimum de la variance d’Allan.

Variation du biais avec la température

Consultez également la « dérive du biais », qui est un effet lié à la température.

La température ambiante a un effet sur le biais, et les paramètres de performance ne sont pertinents qu’avec la gamme de température de fonctionnement spécifiée. Les effets de la température tendent à être prévisibles pour chaque gyroscope et il est possible d’améliorer considérablement les performances du biais du gyroscope grâce à l’étalonnage. Certains gyroscopes (par exemple la gamme SiRRS01) sont équipés d’un capteur de température interne pour faciliter ce processus.

Facteur d'échelle

Le facteur d’échelle nominal d’un gyroscope décrit la fonction de transfert de base de l’appareil, c’est-à-dire le nombre de volts (ou de bits) attendus pour une vitesse de rotation donnée détectée. Il correspond à la mesure de la pente de la meilleure ligne droite passant par les points d’un graphique décrivant la sortie attendue du gyroscope en fonction de la vitesse d’entrée, mesurée sur la gamme dynamique spécifiée du gyroscope et à température ambiante (20 ou 23 degrés Celsius). Pour un gyroscope analogique, cette valeur est mesurée en volts par degré/s. Le gyroscope CRS03-02, par exemple, a un facteur d’échelle de 20 mV par degré/s. Sa sortie augmentera donc de 20 mV par rapport à sa sortie stationnaire de 2,5 V pour chaque degré positif de rotation jusqu’à 100 degrés par seconde, et de la même manière pour une rotation dans le sens négatif.

Erreur de réglage du facteur d'échelle

Il s’agit de la différence entre le facteur d’échelle mesuré (décrit séparément) et le facteur d’échelle nominal, divisé par la vitesse à pleine échelle du gyroscope à une température fixe (normalement la température ambiante ou 23 degrés Celsius). Les gyroscopes commerciaux sont normalement réglés à cette température, et c’est la raison pour laquelle on parle d’« erreur de réglage ». L’erreur est exprimée en pourcentage ou en parties par million (PPM). Notez que 10 000 ppm représentent 1 %.

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