选择陀螺仪时，须要推敲将最大年夜误差源最小化。在大年夜多半应用中，振动敏感度是最大年夜的误差源。其它参数可以轻松地经由过程校准或求取多个传感器的平均值来改良。偏置稳定度是误差预算较小的分量之一。

浏览高机能陀螺仪数据手册时，多半体系设计师存眷的第一个要素是偏置稳定度规格。毕竟，它描述的是陀螺仪的分辨率下限，理所当然是反竽暌钩陀螺仪机能的最佳指标！然而，实际的陀螺仪会因为多种原因而出现误差，使得用户无法获得数据手册中传播鼓吹的高偏置稳定度。切实其实，可能只有在实验室内才能获得那么高的机能。传统办法是借助补偿来最大年夜程度地降低这些误差源的影响。本文将评论辩论多种词攀类技巧及其局限性。最后，我们将评论辩论另一种可选范式——根据机械机能选择陀螺仪，以及须要时若何进步其偏置稳定度。
图3. Analog Devices ADXRS646对随机振动(15 g rms, 0.11 g2/Hz)的g敏感度响应，1600 Hz滤波

另一个艰苦是将补偿加快度计和陀螺仪的相位响应相匹配。如不雅陀螺仪鹤芄播加快度计的相位响应匹配不佳，高泼魅振动误参实际上可能会被放大年夜！由此便可得出另一个结论：对于大年夜多半陀螺仪，g敏感度补偿仅在低频时有效。

情况误差


所有中低价位的MEMS陀螺仪都有必定的时光-零点偏置和比例因子误差，此外还会随温度而产生必定的变更。是以，对陀螺仪进行温度补偿是很常见的做法。一般而言，陀螺仪集成温度传感器的目标就在于此。温度传感器的绝对精度并不重要，重要的是可反复性以及温度传感器与陀螺仪实际温度的慎密耦合。现代陀螺仪的温度传感器几乎毫不辛苦就能达到这些请求。

很多技巧可以用于温度补偿，如多项式曲线拟合、分段线性近似等。只要记录了足够数量的温度点，并且在校准过程中采取了充分的办法，那么具体应用何种技巧是可有可无的。例如，在每个温度的放置时光不足是一个常见的误差源。然而，无论采取何种技巧，无论有多细心，温度迟滞——即经由过程冷却竽暌闺经由过程加热达到某一特定温度时的输出之差——都将是限制身分。

图1所示为陀螺仪ADXRS453的温度迟滞环路。温度大年夜+25℃变为+130℃，再变为–45℃，最后回到+25℃，与此同时记录未补偿陀螺仪的零点偏置测量结不雅。加热周期邮攀冷却周期中的+25℃零点偏置输出存在细微的差别（本例中约为0.2°/s），这就是温度迟滞。此误差无法经由过程补偿来清除，因为无论陀螺仪上电与否，它都邑出现。此外，迟滞的幅度与所施加的温度“鼓励”量成比例。也就是说，施加于器件的温度范围越宽，则迟滞越大年夜。

图1. 经历温度轮回（–45°C至+130°C）时未补偿ADXRS453的零点偏置输出

如不雅应用许可启动时复位零点偏置（即无扭转时启动），或者在现场将零点偏置调零，则可以忽视此误差。不然，这就可能是偏置稳定度机能的一个限制身分，因为我们无法控制运输或存储前提。
抗振

幻想情况下，陀螺仪仅测量扭转速度，无关其他。但实际应用中，因为机械设计纰谬称和/或微加工不敷精确，所有陀螺仪都有必定的加快度敏感度。事实上，加快度敏感度有多种

外在表示，其严重程度因设计而异。最明显的平日是对线性加快度的敏感度（或g敏感度）和对振动校订的敏感度（或g2敏感度）。因为多半陀螺仪应用所处的设备是绕地球的1 g重力场活动和/或在个中扭转，是以对加快度的敏感度经常是最大年夜的误差源。

成本极低的陀螺仪一般采取极其简单紧凑的机械体系设计，抗振机能未经优化（它优化的是成本），因而振动可能会造成严重影响。1000°/h/g（或0.3°/s/g）以上的g敏感度也无独有偶，比高机能陀螺仪差10倍以上！对于这种陀螺仪，偏置稳定度的短长并无多大年夜意义，陀螺仪在地球的重力场中稍有扭转，就会因为g和g2敏感度而产生巨大年夜的误差。一般而言，词攀类陀螺仪不规定振动敏感度——默认为异常大年夜。
较高机能的MEMS陀螺仪则好得多。表1列出了几款高机能MEMS陀螺仪的数据手册所列规格。对于这一类别中的多半陀螺仪，g敏感度为360°/h/g（或0.1°/s/g），某些低于60°/h/g，远远优于极低成本的陀螺仪。然则，对于小到150 mg（相当于8.6°倾斜）的加快度变更，即使个中最好的陀螺仪也会超出其额定偏置稳定度。

有些设计师试图应用外部加快度计来补偿g敏感度（平日是在IMU应用中，因为所需的加快度计已经存在），这在某些情况下确切可以改良机能。然而，因为多种原因，g敏感度补偿无法获得完全的成功。大年夜多半陀螺仪的g敏感度会随振动频率变更而变更。图2显示了Silicon Sensing CRG20-01陀螺仪对振动的响应。留意，固然陀螺仪的敏感度在额定规格范围内（在一些特定频率处略有超出，但这些可能不重要），但大年夜DC到100 Hz，其变更率为12:1，是以无法简单地经由过程测量DC时的敏感度来履行校准。确切，补偿筹划将异常复杂，请求根据频率改变敏感度。

图2. Silicon Sensing CRG20-01对不合正先嗽的g敏感度响应

作为比较，图3显示的是陀螺仪ADXRS646在类似前提下的响应。事实上，有些陀螺仪比其它陀螺仪更轻易进行g敏感度补偿。不过遗憾的是，数据手册几乎大年夜不供给词攀类信息，必须由用户去摸索，并且可能极耗精力，但在体系设计过程中，经常没有时光等待惊喜出现。

振动校订经常不作规定，原因可能是差得令工资难，或者不合器件差别巨大年夜。也有可能只是因为陀螺仪制造商不肯意测试或规定（公平地说，测试可能比较艰苦）。无论若何，振动校订必须引起留意，因为它无法经由过程加快度计进行补偿。与加快度计的响应不合，陀螺仪的输出误差会被校订。

改良g2敏感度的最常见策略是增长一个机械抗振件，如图4所示。图中显示的是一个大年夜金属帽壳封装中部分移出的Panasonic汽车陀螺仪。该陀螺仪组件经由过程一个橡胶抗振件与金属帽壳隔离。抗振件异常难以设计，因为它在宽频率范围内的响应并不是平坦的（低频时尤其差），并且其减振特点会跟着温度和应用时光而变更。与g敏感度一样，陀螺仪的┞否动校订响应可能会随频率变更而变更。即使可以或许成功设计出抗振件以衰减已知频谱下的┞翻带振动，词攀类抗振件也不合适可能存在宽泼魅振动的通用应用。

图4. 典范抗振件

机械滥用引起的重要问题
有些陀螺仪可以遭受速度过载而不会表示异常。图5显示了Silicon Sensing CRG20陀螺仪对超出额定范围大年夜约70%的速度输入的响应。左边的曲线显示的是扭转速度大年夜0°/s变为500°/s再保持不变时CRS20的响应情况。右边的曲线则显示的是输入速度大年夜500°/s降为0°/s时该器件的响应情况。当输入速度超出额定测量范围时，输出在轨到轨之间混乱地摆动。

很多应用中会产生惯例性短期滥用事宜，这些滥用固然不致于毁伤陀螺仪，但会产生较大年夜误差。下面列举几个例子。

图5. Silicon Sensing CRG-20对500°/s速度输入的响应

有些陀螺仪在经受哪怕只稀有百g的冲击时，也会表示出“锁定”的偏向。例如，图6显示的是VTI SCR1100-D04在经受250 g 0.5 ms冲击时的响应情况（产生冲击的办法是让一个5 mm钢球大年夜40 cm的高度落在陀螺仪旁边的PCB上）。陀螺仪未因冲击而破坏，但它不再响应速度输入，须要关断再上电以从新启动。这并非罕有现象，多种陀螺仪都存在类似的行动。检查拟用的陀螺仪是否能遭受应用中的冲击是明智的。

图6. VTI SCR1100-D04对250 g、0.5 ms冲击的响应

显然，词攀类误差将大年夜得惊人。是以，必须细心找出给定应用中可能存在哪些滥用情况，并且验证陀螺仪是否能经受得住。


误差预算计算

如上所述，多半陀螺仪应用中都存在活动或振动情况。应用上文所示的数据手册所列规格（如不雅没针砭定振动校订特点，则应用保守的估计值），表2列出了表1所示陀螺仪在不合应用中的典范误差预算。大年夜表3可以看出，增长g敏感度补偿筹划后，固然抗振机能进步了半个数量级（绝非易事），但振动敏感度仍然是一个弘远年夜于偏置稳定度的误差来源。

选型新范式


在误差预算中，偏置稳定度是最小的分量之一，是以选择陀螺仪时，更为合理的做法是推敲将最大年夜误差源最小化。在大年夜多半应用中，振动敏感度是最大年夜的误差源。然而，有时用户可能仍然欲望获得比所选陀螺仪更低的噪声或更好的偏置稳定度。荣幸的是，我们有办法来解决这一问题，那就是求平均值。
英国沃森WSEN进口传感器
不合于设计相干的情况或振动误差，多半陀螺仪的偏置稳定度误差具有噪声特点。也就是说，不合器件的偏置稳定度是不相干的。是以，我们可以经由过程求取多个器件的平均值来改良偏置稳定度机能。如不雅对n个器件求平均值，则期望的改良幅度为√n。宽带噪声也可以经由过程类似的求平均值办法予以改良。

停止语

长久以来，偏置稳定度被视为陀螺仪规格的绝对标准，但在实际应用中，振动敏感度经常是限制机能的更严重身分。根据抗振才能选择陀螺仪是合理的，因为其它参数可以轻松地经由过程校准或对多个传感器求平均值来改良。

附录：计算振动引起的误差

为了计算给定应用中振动引起的误差，须要懂得加快度的估计幅度，以及此种加快度可能产生的频率。表2和表3所示的应用解释如下：

• 跑步平日产生2g的峰值，约占4%的时光。

• 直升机的┞否动相当稳定。多半直升机规格为0.4g宽泼魅振动和100%占空比。
• 澎湃水面上的船只（尤其是划子）倾斜度可达±30°（产生±0.5 g振动）。占空比可以假设为20%。

• 对于平土机和前端装载机等施工设备，只要其刀片或铲斗撞击到石头，就会产生高g (50 g)而短暂的冲击。占空比典范值为1%。

计算振动引起的误差时，必须推敲g敏感度和g²敏感度。以直升机应用为例，计算如下：

误差 = [g 敏感度误差] +[g2敏感度误差] = [0.4 g × g 敏感度 × 3600 s/h × 100%] + [(0.4 g)² × g²敏感度 × 3600 s/h × 100%]

如不雅经由过程加快度计补偿g敏感度，则仅g敏感度降低，降幅为补偿系数。(end)