شناسايي خطا و كاليبراسيون تجربي سيستم ميكروالكترومكانيكي

Experimental Calibration and Error Identification of Micro Electro-Mechanical Systems

با گسترش روز افزون تكنولوژي و توسعه سنسورهاي ميكروالكترومكانيكي در كنار الگوريتم‌هاي تخمين پيشرفته كاربري اين گونه سنسورها رشد چشمگيري يافته است. با اين وجود، به خاطر خطاي زياد سنسورهاي ميكروالكترومكانيكي، ناوبري مبتني بر اين سنسورها نيازمند شناسايي خطاها و كاليبراسيون آن‌ها مي‌باشد. از اين رو، در اين مقاله شناسايي خطا و كاليبراسيون تجربي سنسورهاي اينرسي ميكروالكترومكانيكي شتاب‌سنج و ژيروسكوپ مورد توجه قرار گرفته است. در اين راستا، با طراحي و انجام تست‌‌هايي بر روي يك ماژول آردوينو، خطاي تصادفي سنسورهاي اين ماژول به كمك روش آلن واريانس به عنوان مناسب‌ترين روش از ديدگاه سادگي پياده‌سازي و قابل ‌فهم بودن نتايج شناسايي شده است. سپس، پارامترهاي خطا اعم از ضرايب مقياس، باياس و ضرايب عدم هم‌ترازي اين سنسورها با استفاده از الگوريتم حداقل مربعات وزني محاسبه شده است. آنگاه از توليد كره خطا براي صحت كاليبراسيون سنسور استفاده شده است.

Rapid growth in development of Micro Electro-Mechanical Sensors (MEMS) as well as wide utilization of advanced estimation algorithms have increased application of MEMS in various fields. However, MEMS-based navigation is not efficient without an appropriate sensor calibration due to large amount of MEMS errors. Therefore, error identification and sensor calibration of micro electro-mechanical inertial sensors of gyroscopes and accelerometers have been investigated in the present paper. In this regard, Allan variance as a simple and understandable method has been adopted to identify stochastic errors of the inertial sensors. Then, all error parameters including scale factors, biases, and misalignments have been determined utilizing weighted least square method. Finally, the presentation of error sphere has shown the performance and viability of the inertial MEMS calibration process.