Návrh a identifikace rozšířeného modelu MEMS gyroskopu

Abstract

Práce se zabývá metodikou měření parametrů MEMS gyroskopů a stanovením vstupně-výstupního modelu. V úvodu je stručně rozebrán stávající přístup k modelování MEMS gyroskopů a určení jejich parametrů. Druhá část se podrobně věnuje metodice měření a identifikaci zdrojů nejistot, které ovlivňují odhad parametrů. V rámci metodiky měření jsou zdůrazněny kritické body a vliv jednotlivých zdrojů nejistot je ukázán na základě naměřených dat či simulací. Vlastnosti MEMS gyroskopů jsou prakticky demonstrovány na skupině různých typů snímačů. Výsledky ukazují významný vliv napájecího napětí na posun nuly gyroskopu a interního teplotního snímače. Tento jev může způsobit chybu srovnatelnou s teplotní závislostí či stochastickými vlastnostmi, ale není v literatuře popsán. Druhým jevem, který není stávajícími modely uvažován, je závislost širokopásmového šumu (ARW) na teplotě. Na základě těchto poznatků je v poslední části rozšířen běžně používaný model MEMS gyroskopu o závislost parametrů na napájecím napětí a závislost širokopásmového šumu na teplotě. Tvar modelu je zvolen s ohledem na jednoduché porovnání základních parametrů a v případě potřeby na snadné rozšíření o další vlivy.

The thesis is aimed on measurement and modeling of MEMS gyroscopes based on input-output characteristics. The first part briefs the state of the art. The second part is dedicated to measurement methodology. Critical points and sources of uncertainty are discussed and evaluated using measurements or simulations. The last part shows key characteristics of MEMS gyroscopes based on the survey of a group of different sensor types. The results have revealed significant influence of supply voltage that causes bias drift of the gyroscope and bias drift of the internal temperature sensor. The error can be comparable to temperature drift; however, this effect is not addressed in the literature. The second observed effect is temperature dependency of angle random walk. In the last part, a general model of a MEMS gyroscope is rewritten to reflect observed effects. Moreover, the structure is selected to be easily extendable and the coefficients are expressed to allow a comparison of nominal parameters of different sensors.