MEMS惯性传感器的性能及校准

前言

MEMS技术的惯性传感器应用广泛，如汽车的辅助系统、手机、运动手表手环和现在赤手可热的无人机；给我们生活更加的安全并多彩。
现在的无人机普遍使用的IMU（惯性导航单元）该系统有三个加速度传感器与三个角速度传感器（陀螺）组成，加速度计用来感受飞机相对于地垂线的加速度分量，陀螺仪用来感知飞机的角速率变化；通过算法融合来计算出飞行器姿态，也用来进行航位推算。
了解MEMS的加速度计和陀螺仪的原理和特性能够更好的帮助我们实际的工程应用。

加速计主要特性

测量范围：
传感器输出信号规格支持的加速度水平，通常用±g表示。 这是器件能够测量并通过输出精确表示的最大加速度。 例如，±3g加速度计的输出与高达±3g的加速度成线性关系。 若加速到4g，则输出可能无效。 注意，极限值由绝对最大加速度规定，而不是由测量范围规定。 4g加速度不会使±3g加速度计失效。

加速度计灵敏度：
加速度（输入）变化与输出信号变化之比。 它定义加速度与输出之间的理想直线关系（图1中的灰线）。 灵敏度用特定电源电压来规定，对于模拟输出加速度计，单位通常是mV/g；对于数字加速度计，单位通常是LSB/g或mg/LSB。 它通常表示为一个范围（最小值、典型值、最大值），或表示为一个典型值加上偏差百分比(%)。 对于模拟输出传感器，灵敏度与电源电压成比例关系。例如，电源加倍，则灵敏度加倍。
温度引起的灵敏度变化一般用每°C的百分比(%)变化来表示。 温度效应由机械应力和电路温度系数共同造成。

非线性度：
理想情况下，电压与加速度之间是线性关系，用器件的灵敏度来描述。 非线性度衡量实际灵敏度与理想的恒定灵敏度之间的偏差，用相对于满量程范围(%FSR)或正负满量程(%FS)的百分比来表示。 通常，FSR = FS+FS。

图1. 非线性度衡量加