词汇表

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在 Silicon Sensing 产品的所有手册、数据表和规格中所用规格术语的定义及其解释的有用汇编。

Allan 方差

Allan 方差技术是一种很强大的数学方法,它允许用户考虑零偏、噪声、漂移和长期传感器不稳定性的影响,评估任何陀螺仪与其应用动力学相关的实际性能。 对该技术的全面描述不在本词汇表范围之内(请联系我们或浏览网页以获取更多信息),但此处列出了关键点的摘要:零偏总是通过对连续的数据样本求平均值来衡量,其难点始终是选择合适的时间间隔进行采样以求得平均值。

采样的间隔较短时,得出的平均值主要受到噪声影响,而采样的间隔较长时,平均值受长期漂移的影响。 此技术涉及选择一系列时间间隔(例如从 0.01 秒到 500 秒),进行数据采样并求平均值。 从一个平均时间段到下一个平均时间段的变动(标准差)是根据平均间隔计算和绘制的,以双对数形式表达。 生成的图形具有典型的 “浴缸” 形状。 通过检查此图,可以计算出陀螺仪的关键定义特征,即:

– 角度随机游走
– 零偏不稳定性
– 随机游走评分

角度随机游走 (ARW)

这是陀螺仪噪声的测量单位,单位为 °/rt 小时或 °/rt 秒。 可以将其视为一段时间内对固定陀螺仪输出进行积分的结果受到噪声的影响而产生的变化(或标准差)。

举例来说,考虑将 ARW 值为 1°/rt 秒的陀螺仪多次积分以得出角度位置测量值:对于固定式陀螺仪,理想结果(即平均结果)将为零。 但积分时间越长,结果与理想零值的差幅就会越大。 此差幅与积分时间的平方根成正比,在 1 秒后为 1°,100 秒后为 10°。

角速率范围/全速率范围

可以应用于陀螺仪的最大输入角速率,使陀螺仪可以发挥全部性能。 当输入角速率超过此点时,陀螺仪输出可能会失真或饱和。 角速率范围的单位通常为度/秒或 °/s。 请注意,全速率范围通常是角速率范围的两倍。 例如,对于角速率范围为 +/-100°/s 的陀螺仪,其全速率范围将为 200 °/s。

零偏

速率陀螺仪的零偏或零偏误差是指陀螺仪没有旋转时输出的信号。 即使世界上最完美的陀螺仪也有误差来源(老话说—— “一分钱一分货”),零偏就是这类误差之一。 零偏可以表示为电压或满量程输出的百分比,但它本质上代表旋转速度(以度/秒为单位)。 同样,在一个完美的世界中,固定的零偏误差是可以接受的。 然而,零偏往往会随着温度和时间而变化。 陀螺仪的零偏是由多个组件造成的:

– 校准误差
– 从开机到开机
– 零偏漂移
– 温度范围内的零偏变化
– 震动影响 (g 级)

零偏的单独测量值也会受到噪声的影响,这就是为什么总是需要测量一系列零偏值并取其平均值的原因。 Allan 方差技术提供了一种全方位描述陀螺仪零偏性能的非常有效的方法。

零偏漂移

不要将其与更通俗的术语漂移率混淆。 假设所有其他因素保持不变,零偏漂移具体指的是零偏随时间而发生的变化。 从根本上说,这是一种升温效应,是由陀螺仪及其相关机械和电气组件的自热引起的。 这种效应通常在开机后的最初几秒钟内更加明显,(大约)五分钟后几乎完全消失。

零偏不稳定性

零偏不稳定性是衡量陀螺仪 “优点” 的基本指标。 它被定义为 Allan 方差曲线上的最低点,通常以°/小时为单位进行测量。 它代表了给定陀螺仪可以实现的最佳零偏稳定性,假定零偏平均值出现在 Allan 方差最小值定义的间隔。

零偏随温度的变化

另请参阅 “零偏漂移”,这是一种基于温度的效应。

环境温度对零偏有影响,性能参数仅与指定的工作温度范围相关。 对于每个陀螺仪,温度效应往往是可以预测的,并且通过校准可以显著改善陀螺仪零偏性能。 一些陀螺仪(例如Sirrs01系列)提供内部温度传感器来协助校准过程。

标度因数

陀螺仪的标称标度因数描述了设备的基本传输功能,即在感测到的任何给定旋转速率下,预计会有多少伏特(或比特)。 它测量是图形上各点最佳直线梯度,描述了预期的陀螺仪输出随输入速率的变化,在陀螺仪的指定动态范围内在室温(使用 20deGc 或 23deGC)下测量。 对于模拟输出陀螺仪,这是以每度/秒的伏特数表示的。 例如,CRS03-02 陀螺仪的标度因数为每度/秒 20mV。 因此,正方向每旋转一度/秒,其输出将从 2.5V 的静止输出增加 20mV,旋转最多可达100度/秒,向负方向旋转也是如此。

标度因数设置误差

这是测得的标度因数(单独描述)和标称标度因数之间的差值,除以陀螺仪在固定温度(通常为室温或23摄氏度)下的全量程速率。 商用陀螺仪通常是在这个温度下设置的,因此将其称为 “设置误差”。 。 此误差以百分比或百万分之一 (PPM) 表示。 注意,10,000ppm 是 1%。

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