MEMS惯性传感器自动批量测试标定系统的研究

摘要

MEMS惯性传感器已经广泛应用于电子玩具、智能机械、手机、医疗器械、汽车电子、导航、姿态测量、智能弹药等民用及军用领域。但MEMS惯性传感器的测试标定依然以手动、单件为主，测试标定效率低，时间长，易出错。本文以改善传统测试标定方法为目的，设计了一套MEMS惯性传感器自动批量测试标定系统。
　　本研究根据系统所需功能及性能指标，设计了系统的总体结构。系统主要包括下位机、上位机和三轴转台，下位机又包括多通道数据采集卡、以太网交换机和数据存储与处理模块。论文详细阐述了下位机的硬件设计和软件设计，并介绍了上位机软件的设计。在下位机硬件设计方面，论文依次讨论了MEMS惯性传感器为模拟信号输出、采用SPI输出和采用串口输出这三种情况下的数据采集电路的设计、以太网数据传输电路的设计、SD卡备份存储电路和电源电路的设计，以及数据存储与处理模块的设计。在下位机软件设计方面，介绍了三种多通道数据采集卡的数据采集程序设计、以太网通信程序设计、SD卡存储程序设计以及数据存储与处理模块的程序设计。在上位机软件方面，主要介绍了上位机软件开发环境、软件流程以及主要功能模块的实现。设计完成的系统可同时对64个MEMS加速度计，或32个MEMS陀螺，或8个以上MIMU进行测试标定，并具有可选择实验项目、自动控制传感器通断电、自动控制三轴转台、选择采样率等功能。最后，给出了系统主要功能模块的测试结果，对MEMS惯性传感器进行测试标定实验的过程，以及完成的MEMS加速度计静态零偏和静态多位置测试、MEMS陀螺静态零偏和速率实验和MIMU标定实验的结果。测试标定结果表明，系统可实现对多个MEMS惯性传感器进行自动化的测试标定，相比于传统的单个、手动测试标定，效率得到了很大的提高，且减少了人力的投入。