[發(fā)明專利]多軸微型運(yùn)動傳感器的校準(zhǔn)設(shè)備及校準(zhǔn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310185616.6
• 申請日: 2013-05-17
• 公開（公告）號: CN103245799A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華亞平
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽北方芯動聯(lián)科微系統(tǒng)技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01P21/00
• 分類號: G01P21/00;G01C17/38
• 代理公司: 蚌埠鼎力專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 34102
• 代理人: 王琪;白京萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及一種多軸微型運(yùn)動傳感器的校準(zhǔn)技術(shù)，特別涉及到一種多軸微型運(yùn)動傳感器的校準(zhǔn)設(shè)備及校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

微型傳感器，特別是微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器，被用于將自然界的物理量轉(zhuǎn)換為電信號供給微處理器，將真實(shí)世界與電腦相聯(lián)接，構(gòu)成了互聯(lián)網(wǎng)的基石。

微型運(yùn)動傳感器包括重力傳感器、角速度傳感器、地磁傳感器，及他們的組合，用于感知物體的運(yùn)動和姿態(tài)。隨著其在手機(jī)、平板電腦等移動電子設(shè)備上的廣泛應(yīng)用而進(jìn)入消費(fèi)者的生活。最早進(jìn)入移動電子產(chǎn)品的是重力傳感器，然后是地磁傳感器，最后是角速度傳感器。重力傳感器是一種加速度傳感器，用于感知物體與地球引力方向的角度、物體的自由落體運(yùn)動、物體的線性運(yùn)動等；角速度傳感器用于感知物體的旋轉(zhuǎn)速度；地磁傳感器用于感知物體與地球磁場方向的相對角度。每個(gè)傳感器均可感知x、y、z三個(gè)軸向的信號。消費(fèi)類移動電子設(shè)備要求電子元器件體積小、功耗低、價(jià)格便宜，所以越來越多的組合式多軸微型運(yùn)動傳感器被應(yīng)用，如將重力傳感器和地磁傳感器組合成一個(gè)6軸傳感器，將重力傳感器和角速度傳感器組合成一個(gè)6軸傳感器，以及將重力傳感器、地磁傳感器、角速度傳感器組合成一個(gè)9軸傳感器。

由于微型運(yùn)動傳感器制造過程相當(dāng)復(fù)雜，以MEMS傳感器為例，涉及到MEMS圓片加工、ASIC（Application?Specific?Integrated?Circuit的英文縮寫，指為專門目的而設(shè)計(jì)的集成電路）圓片加工、芯片封裝等制造過程，其中任何一道工序出錯(cuò)，都會對MEMS傳感器的性能產(chǎn)生影響，特別是導(dǎo)致每個(gè)傳感器之間的性能不一致。而用戶的需要是感知真實(shí)世界的模擬物理量，同一型號的傳感器必須具有同樣的性能。所以在微型傳感器產(chǎn)品出廠前，必須逐個(gè)進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)，如零偏、靈敏度等，以保證客戶得到性能一致的產(chǎn)品。

要校準(zhǔn)傳感器就必須對傳感器施加一定量的激勵(lì)信號源，測量傳感器的初始輸出值，再通過傳感器內(nèi)部的控制電路調(diào)節(jié)輸出值，得到符合出廠規(guī)范的產(chǎn)品。也就是說，校準(zhǔn)重力傳感器，必須施加一定量的重力；校準(zhǔn)角速度傳感器，必須施加一定量的旋轉(zhuǎn)速度；校準(zhǔn)地磁傳感器，必須施加一定量的磁場。現(xiàn)有技術(shù)的校準(zhǔn)裝置的測試頭如圖1、圖2所示，它有一個(gè)精密馬達(dá)11和一個(gè)精密馬達(dá)13分別控制框架12和轉(zhuǎn)軸16，驅(qū)動測試座14沿x軸心線A和y軸心線B轉(zhuǎn)動。

在校準(zhǔn)重力傳感器時(shí)，將地球引力作為激勵(lì)信號源，因?yàn)樵诘厍蛏系奈矬w都受到地球萬有引力的作用，產(chǎn)生1個(gè)地球引力單位（9.8?m/s²）的加速度，稱為1g，方向指向地心。所以待校準(zhǔn)樣品15受到測試座14的反作用力，即受到逆地心方向、大小為1g的加速度作用。進(jìn)行測量時(shí)，在圖1所示狀態(tài)時(shí)，待校準(zhǔn)樣品15的y軸向與地球引力平行，受力+1g；x軸向與地球引力垂直，受力0g；z軸向與地球引力垂直，受力0g。當(dāng)精密馬達(dá)11驅(qū)動框架12沿x軸心線90順時(shí)針轉(zhuǎn)過90°時(shí)，待校準(zhǔn)樣品15的z軸向與地球引力平行，受力+1g；x軸向與地球引力垂直，受力0g；y軸向與地球引力垂直，受力0g。以此類推，可以測得待校準(zhǔn)樣品15的y軸和z軸的零偏初始輸出值和零敏度初始輸出值。然后控制精密馬達(dá)13驅(qū)動轉(zhuǎn)軸16沿Y軸心線B順時(shí)針轉(zhuǎn)過90°，形成圖2所示狀態(tài)。此時(shí)待校準(zhǔn)樣品的正面15′朝向-x方向，待校準(zhǔn)樣品15的y軸向與地球引力平行，受力+1g；x軸向與地球引力垂直，受力0g；z軸向與地球引力垂直，受力0g。當(dāng)馬達(dá)11驅(qū)動框架12沿x軸心線A順時(shí)針轉(zhuǎn)過90°時(shí)，待校準(zhǔn)樣品15的x軸向與地球引力平行，受力+1g；y軸向與地球引力垂直，受力0g；z軸向與地球引力垂直，受力0g。以此類推，可以測得待校準(zhǔn)樣品15的x軸和y軸的零偏初始輸出值和零敏度初始輸出值。這樣，待校準(zhǔn)樣品的x，y，z三個(gè)軸向的初始輸出值都測到了，通過傳感器內(nèi)部的控制電路調(diào)節(jié)最終輸出值，就完成了重力傳感器的校準(zhǔn)。