GB/T 42597-2023 微机电系统（MEMS）技术 陀螺仪

GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014Part20:Gyroscopes,IDT) I 2规范性引用文件 4基本评级和特征 4.1陀螺仪的分类 4.2绝对最大额定值 24.3正常工作额定值 34.4性能参数 3 55.1标度因数 55.2交叉轴灵敏度 5.4输出噪声 5.5带宽 5.6分辨率 附录A(资料性)陀螺仪特性测量值的准确度 GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件等同采用IEC62047-20:2014《半导体器件微机电器件第20部分：陀螺仪》。本文件做了下列最小限度的编辑性改动：a)为与现有标准协调，将标准名称改为《微机电系统(MEMS)技术陀螺仪》;b)纠正了IEC62047-20:2014原文中的错误：更正了图18中宽带噪声范围的标注；c)纠正了IEC62047-20:2014原文中的错误：更正了公式(20)和公式(21)的运算符号。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国微机电技术标准化技术委员会(SAC/TC336)提出并归口。本文件起草单位：苏州市质量和标准化院、中机生产力促进中心有限公司、工业和信息化部电子第生电器有限责任公司、中国合格评定国家认可中心、北京微元时代科技有限公司。I1GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014微机电系统(MEMS)技术陀螺仪3术语和定义3.1速率转台ratetable3.2注：根据国际地球自转和参考系统服务(IERS)的规定，地球在惯性空间中的角速率由恒星日定义，为23小时56分3.3类别内容1主要用于消费类产品，对零偏不作要求2主要用于工业用途，对零偏设定适当的取值范围3主要用于航空航天用途，可检测地球转速2GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014表2描述了陀螺仪的绝对最大额定值。表2绝对最大额定值编号绝对最大额定值类别规格单位备注123最小值典型值最大值4.2.1存储温度范围√√√√√℃4.2.2工作温度范围√√√√√℃4.2.3存储湿度范围%应规定回流焊接的吸湿管理水平(湿度示例，请参见IPC/JEDECJ-STD020C中表5-1“湿气敏感性等级”中规定的水平)。这些描述不应提供给不采用回流焊接工艺和/或气密封装工艺的器件4.2.4工作状态下的机械冲击√√√√m/s在适当的工作状态下不会对器件造成永久性损坏的机械冲击的最大限制值。应规定加速度、时间和波形4.2.5非工作状态下的机械冲击√√√√m/s²在适当的非工作状态下不会对器件造成永久性损坏的机械冲击的最大限制值。应规定加速度、时间和波形4.2.6工作状态下的机械振动√√√√m/s²在适当的工作状态下不会对器件造成永久性损坏的机械振动加速度和频率的最大限制值4.2.7非工作状态下的机械振动√√√√m/s²在适当的非工作状态下不会对器件造成永久性损坏的机械振动加速度和频率的最大限制值4.2.8角速率范围√√√√在适当的工作状态下不会对器件造成永久性损坏的角速率的最大限制值4.2.9角加速度范围√√√√在适当的运行状态下不会对器件造成永久性损坏的角加速度的最大极限值4.2.10最大供电电压√√√√V不会对器件造成永久性损坏的供电电压的最大限制值4.2.11最大供电电流√A不会对器件造成永久性损坏的供电电流的最大限制值。该限值应仅适用于恒流驱动类型的器件注：√——必做，空白——选做。3GB/T42597—2023/IEC62047-20:20144.3正常工作额定值表3描述了陀螺仪的正常工作额定值。除非另有说明，否则说明书中宜描述以下项目。建议在这些条件下，在应用装置的操作过程中，保持规定的特性处于稳定状态。表3正常工作额定值编号正常工作额定值类别规格单位备注123最小值典型值最大值4.3.1工作温度√√√√√℃4.3.2工作湿度√√√√%4.3.3供电电压√√√√√√V4.3.4工作电流√√√√A4.3.5启动电流√√A4.3.6电源纹波要求√√Vpp4.3.7其他环境条件√√其他环境条件(例如电磁环境条件，气压)的参数推荐范围(最小值至最大值)4.3.8过载恢复时间√√s在最大额定值的测量范围内，过载恢复时间的最大值注：√——必做.空白——选做。4.4性能参数表4描述了陀螺仪的性能参数。表4性能参数编号参数类别规格单位备注123最小值典型值最大值4.4.1量程√√√√可保证性能的角速率测量范围4.4,2标称标度因数√√√√V/[(°)/s]或bit/[(")/s]标称标度因数也称为标准灵敏度4.4.3初始标度因数变化√√√√%在规定温度下，标准灵敏度变化的最小值和最大值4.4.4标度因数随温度的变化或标度因数的温度系数√√√√%在规定温度变化下标准灵敏度的最小值和最大值4.4.5标度因数的比例误差√√%电力不稳定引起的供电电压波动，导致灵敏度误差的最大值4GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014表4性能参数(续)编号参数类别规格单位备注123最小值典型值最大值4.4.6线性度√%4.4.7标度因数稳定性n√√规定的输入电压下，灵敏度稳定性的典型值4.4.8标度因数对称性n√√灵敏度不对称的典型值，定义为规定输入电压下正向输入和反向输入时灵敏度的比值，见5.1.3.84.4.9交叉轴灵敏度√√%交叉轴灵敏度的最大值(见5.2.3)4.4.10标称零偏√√√√或bit施加合适的输入电压下，零偏电压或位值的典型值4.4.11初始零偏变化√√√在规定温度下，零偏的最小值和最大值4.4.12零偏随温度变化或零偏温度系数√√√规定温度变化范围内，零偏的最小值和最大值4.4.13零偏比例误差√√V电力不稳定引起的供电电压波动，导致零偏误差的最大值。数字输出情况无需说明4.4.14零偏重复性(多次开关)√√√多次通电、断电，零偏波动的最小值和最大值4.4.15零偏滞回√√在规定温度变化下，零偏滞回的最大值4.4.16零偏线加速度灵敏度√√在规定恒定加速度值下，零偏变化的最大值与g的比值[(°/s)/g]4.4.17上电后零偏漂移√√施加电源导通状态时，零偏漂移的最大值4.4.18带内噪声√√稳定状态下，带内输出噪声，用RMS描述4.4.19宽带噪声√√稳态运行时，宽带输出噪声，用RMS描述4.4.20角度随机游走√√或由噪声引起的陀螺仪输出变化，用RMS描述4.4.21零偏不稳定性√√用RMS描述5GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014表4性能参数(续)编号参数类别规格单位备注123最小值典型值最大值4.4.22启动时间√√s通电后，陀螺仪达到指定输出所需的时间4.4.23带宽√√√√Hz频率响应特性4.4.24增益峰值√特定频率下，频率特性增益的最大值。用指定的频率值(Hz)描述4.4.25分辨率√√可检测的输入角速率最小变化注：√——必做，空白——选做，n——不需要做。5.1标度因数明确陀螺仪标度因数的测量方法。5.1.2测量线路(线路图)图1为标度因数测量线路的组成示例，图2为接线配置示例。测量线路由被测陀螺仪和下列部件组成。用于测量线路的部件应满足以下几点。——温控箱：宜将陀螺仪保持在规定的环境温度。温度控制范围宜大于陀螺仪的工作温度范围。——温度传感器：宜测量温控箱中的温度。能使用温控箱中预设的温度传感器。——陀螺仪电源：宜提供陀螺仪所需的电压和电流。输出端纹波电压的波动范围宜满足供电状态下陀螺仪的要求。—数据采集系统：与陀螺仪输出相匹配的测量装置或测量系统。例如，陀螺仪输出模拟电压，则使用数字万用表或数据记录器。——转台控制装置：控制转台的角速率输入。该转台提供不小于陀螺仪测量范围的旋转角速率，能够适应与最小分辨率对应的角速率变化。转台的测量精度见附录A。—测量控制系统：用于对电源、陀螺仪、数据采集系统及转台控制装置的自动控制。手动操作6GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014334159622——转台；9——滑环。图1测量线路示例2237a9415688——滑环位置(使用滑环时);9——电源电压；a——从电源反馈位置到陀螺仪供电端的接线长度(接线长度宜尽可能短)。图2接线配置示例7GB/T42597—2023/IEC62047-20:20145.1.3测量原理5.1.3.1标度因数图1所示的测量线路中，当陀螺仪处于规定的测量温度TBAse(为规定的最低工作温度和最高工作温度之间的值，见图4)和规定的供电电压VgAsE时，施加旋转角速率x₁、x2、…、r₂a+1,将陀螺仪检测范围的下半部分和上半部分分成n分布，如x₁、x2、…、x,(最好n≥5),并测量给定输入角速率对应的陀螺仪输出值yi、y₂、…、y2u+1,单位为V/[(°)/s]或bit/[(°)/s]。此外，虽然制造商能够指定n的值，但是也能依据制造商与用户之间商定的技术规范进行更改。Y/(V或bit)图3给出了测量数据的示例，其中CCW和CW的缩写符号分别表示左旋转(逆时针)和右旋转(顺时针)。(图3中它被平均分为n=5,包括静止状态共有11个数据点)。通过计算这些数据点得到标度因数。但是，由于这些数据点不在图3所示的直线上，因此用最小二乘法拟合直线(这条直线以下称为Y/(V或bit)V2n+1V2n+1Yn+123₁X2n+1x/[(°)/s]Xn+13标引序号说明：1——输入角速率对应的测量点；2——最佳拟合线；3——以规定间隔n进行划分；X——X轴，输入角速率，单位为()/s;x₁——CCW时最大输入角速率；x2w+1——CW时最大输人角速率；每个测量点处的陀螺仪输出值用“y₁”表示，陀螺仪的输入角速率用“x,”表示。通过公式(1)、公式(2)获得最佳拟合线“y=aBAsE×x+bBAsE”的常数：8GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014度因数(标度因数的标准值)“aryp”的偏差量。通过公式(3)得到初始标度因数变化…………5.1.3.3标度因数随温度变化度偏差。此外，虽然制造商能够指定m的值，但是必要时能够根据制造商和用户之间商定的技术规范进行更改。图4为标度因数的数据示例(图4中按照m=4进行等分，m=3这个点为参考测量温度)。aj,m+1apAs2u1.1标引序号说明：1—同温度下陀螺仪标度因数；2——温度范围分为m段；X—X轴：陀螺仪环境温度；Y—Y轴：陀螺仪标度因数值：TnAg——参考温度；ar.a——下限工作温度下陀螺仪标度因数；amse——参考温度对应的标度因数值；2THAsTm+1X图4标度因数随工作温度变化测量示例9GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014对“T₁、T₂、…、Tm+1”中每个工作温度执行上述计算，获得工作温度“T₁”下标度因数随温度变化的5.1.3.4标度因数的温度系数在参考电压“VBasε”条件下，陀螺仪标度因数随温度变化的斜率为标度因数的温度系数，图5给出一个示例。标引序号说明： 不同温度下陀螺仪标度因数：2温度范围分为m段；3——最佳拟合线(温度系数=T..s);XX轴，陀螺仪环境温度；YY轴，陀螺仪标度因数；TnAs——参考温度；Tm+—上限工作温度；at.1——下限工作温度下陀螺仪标度因数值；aBAsE——参考温度对应的标度因数值；at,m+1——上限工作温度下陀螺仪标度因数值。GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014最佳拟合线的斜率T.s为标度因数的温度系数。在参考温度“TBase”条件下，将陀螺仪的工作电压范围划分为p段(最好p≥2)时，每个工作电压虽然制造商能够指定p的值，但是必要时能够根据制造商和用户之间商定的技术规范进行更改。图6为标度因数的比例误差示例(图6中按照p=2进行等分，p=2这个点为参考电源电压)。yy2aAstav,132—比例误差值(RrVp+1);V——工作电压下限；图6标度因数比例误差测量示例…………“Rernr.v”。GB/T42597—2023/IEC62047-20:20145.1.3.6线性度该参数是在5.1.3.1中参考温度“Tnase”和参考电压“VBase”条件下，陀螺仪的输出值相对于最佳拟合线上对应值的偏差量。陀螺仪量程“Fasale”,获得规定角速率下的线性误差“Lero.”。 (8)考虑图3中的情况， (9)对“y₁、y₂、…、y2n+1”中每个测量点执行上述计算，获得该旋转角速率“y.”下的线性误差“Leror.”的值。5.1.3.7标度因数稳定性该参数是在参考温度“Taxs:”和参考电压“Vgxse”条件下，陀螺仪以恒定角速率连续旋转时的稳定性。将陀螺仪的检测范围划分为q段时，施加旋转角速率“x,”(x,为x₁、x₂、…、xy+1中任意一个的角速率),在采样次数“s”期间以恒定的采样时间“r”连续测量，得到陀螺仪的输出值“y,”(y,为y₁、y₂、…y,+1的一个输出),用r×s表示测量时间。虽然制造商能够指定q、r和s的值，但是必要时能够根据制造商和用户之间商定的技术规范进行更改。图7为标度因数稳定性的测量示例。(图7为输入角速率x,时，输出稳定性的说明图)。标引序号说明：1——开始测量时陀螺仪输出值(yi);2———测量完成时陀螺仪输出值(y..);3——采样时间；X———X轴：持续时间；t₁—测量开始时间；t.——测量完成时间；Y——Y轴：陀螺仪输出值：y,——恒定角速率下陀螺仪输出值。图7标度因数稳定性的测量示例GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014用“y,,、y.2、y3、…、y.”表示输入角速率“x,”时陀螺仪输出值数据组，“Fele”表示陀螺仪量考虑图3中的情况，得到：Fsale=Vmmx,ew—ymax,cw=Y2+1-y₁…(12)对“x₁、x2、…、xy+1”中每个旋转角速率执行上述计算，获得旋转角速率“x,”下标度因数稳定性的值δ。静止状态不适用该测量方法。该参数是在符合5.1.3.1中参考温度“TBase”和参考电压“VBase”条件下，测量CW(右旋转)和CCW(左旋转)的陀螺仪输出值，分别计算最佳拟合线，获得标度因数标引序号说明：1—输入角速率时的测量数据组；2——CW最佳拟合线；3——CCW最佳拟合线；X——X轴：输入角速率：xCCW最大输入角速率：x2m+1——CW最大输入角速率；Y——Y轴：陀螺仪的输出值；y———CCW侧最大输出值；ya+1——静止状态输出值：Yzn+1——CW侧最大输出值。以图8为例，CW的最佳拟合线用“y,=aw×x,+bw”表示，CCW的最佳拟合线用“y₁=acw×GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014………………(17)5.1.4测量程序5.1.4.1标度因数a)提供电压图2所示。宜检查电源监测线的输出值是否与目标电压一致。b)设定温度转台上的陀螺仪暴露在温度“T,”下，该温度需要进行测量。宜将转台上的陀螺仪留在温控室c)调节电压这种情况下，很可能无法将电压精确地调节到设定值(例如，电压设定值为5.000V,实际电压为4.9998V),因此宜记录实际电压值。d)确认输出e)输出归一化设定电压为5.0000V时造成的误差),考虑到测量的输出值与理论值呈比例函数，宜对实际测量的输出值与理论值按比例关系进行归一化。“y,”用公式(18)表示：GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014f)数据计算根据5.1.3.1中所示公式计算得到每个数据。通过改变温度和电压，能够得到除标度因数稳定性以外的参数。5.1.4.2标度因数稳定性在温度“T,”和供电电压“V,”下，测量标度因数稳定性的步骤如下：a)提供电压b)设定温度c)调节电压d)确认输出在确认静止状态下陀螺仪输出稳定后，加载5.1.3.7中的旋转角速率，测量陀螺仪的输出值。e)输出归一化当陀螺仪具有比例特性时，为最大限度地减少电压引起的微弱误差(例如，实际电压为4.9998V,而设定电压为5.0000V时造成的误差),考虑到测量的输出值与理论值呈比例函数，宜对实际测量的输出值与理论值按比例关系进行归一化。“yu”用公式(19)表示：f)数据计算根据5.1.3.7中所示公式计算得到每个数据。5.1.5规定条件表5为测量标度因数相关项目前宜确定的条件参数。表5测量标度因数的规定条件项目编号测量项目参数补充说明5.1.3.1标度因数参考温度：TnAsg参考电压：VHAs测量角速率：x、r…、x2a+图3中的角度率“xi、r₂、…、2n+1”因此，计算标度因数需要多达“2n+1”个数据点5.1.3.2初始标度因数变化参考温度：TnAsE参考电压：VBAsE5.1.3.3标度因数随温度变化参考电压：VAS测量温度：T₁、T.、…、Tm+“T₁、T:…、Tm+1”的温度值如图4计算每个温度下的标度因数需要多达“2n+1”个点的数据。因此，为了计算标度因数随温度的变化，需要多达(2n+1)×(m+1)个数据点GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014表5测量标度因数的规定条件(续)项目编号测量项目参数补充说明5.1.3.4标度因数的温度系数参考电压：VnAsE测量温度：T₁、T₂…、Tm+与5.1.3.3相同5.1.3.5标度因数的比例误差参考温度：Tras测量电压：V₁、V…、Vp+1“V₁、V…、V+i”的测量电压值如图6计算每个温度下的标度因数需要多达“2n+1”个点的数据。因此，为了计算标度因数的比例误差，需要多达(2n+1)×(p+1)个数据点5.1.3.6线性度参考温度：TnxsE参考电压：VnAsE测量角速率：x、x…、r2m+1与5.1.3.1相同5.1.3.7标度因数稳定性参考温度：TIAsg参考电压：VHAS测量角速率：xi…、r+1采样频率：抽样次数：s对于采样频率和采样次数的测量条件性的计算，需要“s”个点的数据。因此，计算标度因数稳定性需要多达s×(q+1)个数据点5.1.3.8标度因数对称性参考温度：TnAsE参考电压：VmasE测量角速率：x₁x、…、r2n+1(但是，排除“静止点”x,1)图8中的角速率值“x₁、x₂、…、r2m+1”(但是，排除“静止点”x+1)。因此，计算标度因数对称性需要多达“2n”个数据点5.2交叉轴灵敏度明确陀螺仪交叉轴灵敏度的测量方法。5.2.2测量线路(电路图)用于测量线路的部件应满足以下几点。——电源应能提供陀螺仪所需的规定电压和电流，输出端纹波电压的波动范围等宜满足供电状态下陀螺仪的要求。——转台应能够为被测陀螺仪施加规定的旋转角速率，并且宜在适当的范围内改变陀螺仪的输入加规定的旋转角速率。因此，宜通过滑环提供规定的供电电压和检测输出电信号。使用滑环时宜避免噪声对检测产生影响。—数据记录系统应是与陀螺仪输出相匹配的测量装置或测量系统。例如，陀螺仪输出模拟电测量系统内部和外部干扰噪声的影响。GB/T42597—2023/IEC62047-20:20146——滑环位置(使用滑环时):5.2.3测量原理交叉轴灵敏度的定义如下：如图10所示，在围绕X轴施加角速率w时，陀螺仪的输出角速率与施加角速率的比值为交叉轴灵图10交叉轴灵敏度测量原理GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014考虑到上述定义，测量的基本原理如下。为简化交叉轴灵敏度的测量原理，以下示例是陀螺仪输入轴的单轴灵敏度测量原理。将机械底盘或陀螺仪壳体定义为三个正交轴的参考轴，并将该参考轴设置为陀螺仪的参考轴，建议在每个非检测轴上施加角速率，测量陀螺仪的输出值。如图9和图10所示，将输入轴为Z方向的陀螺仪安装到转台上，然后围绕X轴施加旋转角速率，测量陀螺仪的输出值Oa同样，围绕Y轴施加旋转角速率，测量陀螺仪的输出值O.,根据以下公式计算交叉轴灵敏度。wx=(Ot,x/S₅) (20) (21)K,=(w,/w) (22)K,=(wy/w) (23)式中：w,——X轴施加角速率时的角速率输出；w,—Y轴施加角速率时的角速率输出；Oy——X轴施加角速率时陀螺仪输出值；Ot.y—Y轴施加角速率时陀螺仪输出值；K,——X轴施加角速率时的交叉轴灵敏度；K,——Y轴施加角速率时的交叉轴灵敏度；w——施加的角速率。通过上述测量值能够确定交叉轴的灵敏度。5.2.4施加角速率时须遵守的注意事项注意事项如下。-——转台的轴向跳动、陀螺仪安装夹具的正交精度和陀螺仪安装平面的精度应足够小(≤0.1,…,0.2),要小于待测量的交叉轴灵敏度。——一般情况下，施加的角速率不应超过陀螺仪的绝对最大额定值。——为确保更精确地测量和/或更好地理解交叉轴灵敏度，在采取措施前宜考虑以下因素。例如，如果陀螺仪的角速率输出稳定性为0.5()/s以及测量范围为200(°)/s,当测量的输出大于陀螺仪稳定性的两倍[1()/s]时，能确定是由交叉轴灵敏度产生的输出。因此，在这种情况的输出测量可以实现交叉轴灵敏度的显著测量(转换为交叉轴灵敏度时大约为1/200=0.5%)。 当交叉轴灵敏度用于测量校正或补偿时，建议根据制造商和用户之间的商定调整极性和其他相关因素。5.2.5测量程序测量陀螺仪交叉轴灵敏度的步骤如下。该步骤同样适用于测量具有多个输入轴的陀螺仪。a)将陀螺仪安装到转台上，转台为一个非检测轴提供角速率：与输入轴正交。b)通过合适的电源向待测陀螺仪提供规定电压，然后将陀螺仪打开到指定开启状态。c)在程序步骤a)中描述的非检测轴上施加角速率。d)施加角速率时测量陀螺仪的输出值。e)关闭电源不提供任何电压输出，并将陀螺仪安装到转台上，在另一个非检测轴施加角速率：与程序步骤a)中的非检测轴和输入轴都正交。GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014 5.3零偏5.3.2测量线路图11和图12分别给出了测量线路1和测量电路2,以及测量装置的组成。测量线路2用于测量注：对输入轴方向的规定是在测量零偏时减去地球自转角速率的量。但当可以忽略地球自转角速率4.178×10-(°)/sGB/T42597—2023/IEC62047-20:201434725261——待测陀螺仪；2——固定台；3——温控箱，用于将待测陀螺仪保持在指定温度；4——温度传感器，用于监测箱体内的环境温度；6——数据记录器；图11零偏测量线路15.3.2.3测量线路2图12为零偏测量电路2。构成测量线路的部件应根据以下指定要求进行设置。组成测量线路1的相同部件也应在测量线路2中相同的指定条件下进行设置。——固定台：在不受振动等外界因素影响下，能牢固固定陀螺仪并能将陀螺仪的输入轴指向规定方向(两个方向：重力加速度方向及与重力加速度正交的方向),与加速度方向正交的轴能够旋转并以规定的间隔角度进行固定的装置。GB/T42597—2023/IEC62047-20:20143347ab256b——旋转施加到检测轴上的重力加速度变化量；图12零偏测量线路25.3.3测量原理根据以下陀螺仪输出的测量程序和公式(24)获得标称零偏值。在环境温度恒定(规定温度)、输入角速率为零或已知值(地球自转输入角速率)的条件下测量陀螺仪输出。向陀螺仪提供规定的电源并经过规定时间后，用规定时间(规定数据长度)内陀螺仪输出的总平均值减去已知的输入角速率(地球自转角速率)。Nb.[(°)/s]=Ot,aveEarthrotation…………(24)O——陀螺仪输出总平均值；根据输入轴的方向计算地球自转角速率分量。对于垂直输入轴Earhrotation:4.178×10-³×cosλGB/T42597—2023/IEC62047-20:2014对于水平输入轴Eartrotnton:4.178×10-³×sinλ×cosφ5.3.3.2初始零偏变化根据以下陀螺仪输出的测量程序和公式(25),获得初始零偏变化。在环境温度恒定(规定温度)、输入角速率为零或已知值的环境下，计算陀螺仪输出值相对于标称零偏值的变化。向陀螺仪提供规定的电功率并经过规定的时间后，规定时间(规定数据长度)内陀螺仪输出的总平均值减去已知的输入角速率(地球自转角速率)得到的输出定义为Om。用Om,.表示标称零偏，初始零偏变化为：初始零偏变化[()/s]:0u-Ou.p…………(25)5.3.3.3零偏比例误差根据图13和公式(26)中陀螺仪关键参数的测量值，获得零偏比例误差。当陀螺仪在参考温度“THʌse”下，将陀螺仪工作电压范围划分为p段(最好p≥2)时，每个工作电压虽然制造商能够指定p的值，但是也能依据制造商与用户之间商定的技术规范进行更改。图13为零偏比例误差的测量示例。(图13中它按照p=2进行等分，p=2这个点为参考电源电压)。标引序号说明：V—工作电压下限；av.——工作电压下限对应的陀螺仪零偏值；anAse——参考电压对应的陀螺仪零偏值；av.p+1——工作电压上限对应的陀螺仪零偏值。图13零偏比例误差测量示例GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014在这种情况下，零偏比例误差“Reror.v,”计算如下：…………5.3.3.4零偏重复性根据5.3.3.4中陀螺仪输出的测量值变化得到零偏重复性。在环境温度恒定(规定温度)和输入角速率为零或已知值的条件下，通过开启和关闭电源，陀螺仪输出零偏值发生变化(散射)。测量规定次数的零偏，得到的最大值和最小值[±(5.3.3.5上电后零偏漂移根据以下陀螺仪输出的测量程序和公式(27),获得上电后零偏漂移。在环境温度恒定(规定温度)、输入角速率为零或已知值的条件下，接通电源后陀螺仪输出出现波动。向陀螺仪提供规定的电源，以规定时间内输出的平均值作为基准值，取规定时间(规定数据长度)内陀螺仪输出的最大绝对值与基准值之差。当陀螺仪输出的最大绝对值用Om.m.表示，电源接通后规定时间(数据长度)内的平均值用Om.表上电后零偏漂移[(°)/smax]:0m.mx-O.ae5.3.3.6零偏温度灵敏度(零偏温度敏感系数)图14为在环境温度变化且输入角速率为零或已知值的条件下陀螺仪输出零偏值的变化。a)零偏温度灵敏度(零偏随温度变化)在工作温度范围和零偏参考温度下，零偏波动的最大值和最小值[±()/s]。b)零偏温度敏感系数(零偏温度系数)5.3.3.7零偏滞回在环境温度变化且输入角速率为零或已知值的条件下，陀螺仪输出零偏值(在相同温度下由于温度变化方向而引起的零偏值的差异)的滞回。如图14所示，当温度从Tm上升到Tm再下降到Tmm时，相同温度下零偏值差值的最大值，以(°)/s为单位。GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014YY3hASFAp图14零偏温度灵敏度和零偏滞回在环境温度恒定(规定温度)和输入角速率为零或已知值的条件下，由线性加速度引起的陀螺仪输出零偏值的变化量。施加线性加速度时以重力加速度作为参考输入(±1g)。示。零偏线性加速度灵敏度用O.或Om.表示，以较大值为准。24GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014在环境温度恒定(规定温度)且输入角速率为零或已知值的条件下，接通电源后陀螺仪达到规定输a)将陀螺仪固定在固定台上，并按说明书将电源电缆和信号电缆连接到电源和数据记录仪系b)完成第一次测量后，仅关闭陀螺仪的电源，而数据记录器系统和温控箱的电源应保持打开25d)上述测量重复执行规定次数。5.3.4.3开机和启动后零偏漂移测量程序如下：a)将陀螺仪固定在固定台上，并按说明书将电源电缆和信号电缆连接到电源和数据记录仪系统上；b)将陀螺仪环境温度设置为陀螺仪说明书中规定的温度；c)打开电源，立即开始读取陀螺仪输出；d)数据采集时间应超过规定时间；e)陀螺仪从电源开启到达到规定输出值所用时间定义为启动时间，电源开启后规定时间内的输出平均值(参考值)与陀螺仪输出的绝对值的最大差值为通电后的零偏漂移。测量程序如下。a)将陀螺仪固定在固定台上，根据陀螺仪说明书将电源电缆和信号电缆连接到电源和数据记录仪系统上。b)检查陀螺仪输入轴的方向，得到与试验场所地理纬度相对应的地球自转角速率分量。为了避免标度因数的影响，输入角速率建议优选为0。当陀螺仪的输入轴水平且朝东(或朝西)放置时，输入角速率可能达到0。c)将陀螺仪环境温度设置为说明书中规定的参考温度(规定温度)。d)打开电源，在比陀螺仪说明书中规定的时间滞后时，开始读取陀螺仪输出。e)对于零偏温度灵敏度(零偏温度灵敏度系数)和零偏滞回，根据规定的量改变箱体温度，将温度保持规定时间，并记录规定时间内的输出。对于待测陀螺仪温度增加或减少的变化量的设定，应根据陀螺仪说明书中给出的规定量进行选择，并按最高工作温度、参考温度、最低工作温度和参考温度的顺序进行。单次变化量宜为工作温度变化量(规定变化量)的1/m。温度变化速率宜大于n℃/min(规定的变化速率)。虽然制造商能够指定n和m的值，但是也能依据制造商与用户之间商定的技术规范进行更改。f)对于零偏比例误差，调节陀螺仪工作电压，测量零偏值。图12中的零偏测量线路2也应适用于测量线加速度灵敏度。陀螺仪线性加速度的公式如下，该值能通过改变固定台的旋转角度来改变重力加速度方向。式中：Atm——施加的线性加速度；A——重力加速度；γ——固定台的旋转角度。测量程序如下：26GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014a)将陀螺仪固定在固定台上，根据陀螺仪说明书将电源电缆和信号电缆连接到电源和数据记录仪系统上；b)检查陀螺仪输入轴的方向，使其与重力加速度方向平行并进行固定。固定台的旋转轴(与重力加速度正交)应与输入轴正交；c)将陀螺仪设置在规定的环境温度；e)输入轴通常应朝上(与重力加速度方向相反),并顺时针转(或逆时针转)旋转到规定的角度；f)记录规定时间内每个旋转角度对应的陀螺仪输出。测量程序如下。a)将陀螺仪固定在固定台上，根据陀螺仪说明书将电源电缆和信号电缆连接到电源和数据记录仪系统上。b)检查陀螺仪输入轴的方向，使其与重力加速度方向正交并进行固定。固定台的旋转轴(与重力加速度正交)应与输入轴平行。c)将陀螺仪设置在规定的环境温度。e)输入轴通常应朝上(与重力加速度方向相反),并正转(或反转)旋转到规定的角度。f)记录规定时间内每个旋转角度的陀螺仪输出。表6为测量零偏相关项目前应确定的条件参数。表6测量零偏的规定条件测量项目单位规定条件单位零偏环境温度℃预热时间min或s测量时间(数据长度)min或h输入角速率初始零偏变化环境温度℃预热时间min或s测量时间(数据长度)min或h输入角速率零偏重复性环境温度℃预热时间min或s测量时间(数据长度)min或h输入角速率测量次数27GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014表6测量零偏的规定条件(续)测量项目单位规定条件单位上电后零偏漂移环境温度℃参考时间s测量时间(数据长度)min或h启动时间s环境温度℃参考输出零偏温度灵敏度参考温度℃预热时间min或s温度梯度变化量℃保温时间(测量时间)min温度变化率C/min零偏滞回参考温度℃预热时间min温度梯度变化量℃保温时间(测量时间)min温度变化率零偏线加速度灵敏度环境温度℃预热时间min步进旋转角测量时间(数据长度)min5.4输出噪声明确陀螺仪与输出噪声特性相关参数的测量方法。5.4.2测量线路图16为陀螺仪测量线路的组成示例，图17为接线配置示例。构成测量线路的部件应满足以下几点。 电源应能为陀螺仪提供规定的电压和电流，纹波电压的波动范围等应满足供电状态下陀螺仪的要求。 振动隔离台应能隔离任何干扰噪声，如振动(特别是响应频带范围内的旋转振动)拟电压时，使用数字万用表或数据记录器。测量分辨率宜能读取小于待测量最小分辨率1/10的变化。GB/T42597—2023/IEC62047-20:201413425345261图17输出噪声的接线配置示例5.4.3测量原理测量陀螺仪在稳态工作(输入速率为0)时的输出电压，并测量包含的输出噪声分量。注意事项如下。——大气压力的参考范围为86kPa～106kPa(860mbar～1060mbar)。测量程序如下：a)将陀螺仪输出连接到数据测量设备(如频谱分析仪),并接通电源；值(RMS),将其转换为带内VRMs/Hz和/或角速率，并以[()/s]/√Hz表示；c)宽带噪声是指从输出电压的有效值(RMS)与1/f噪声交点处开始的高频区，如图18所示，测功率谱/[()/功率谱/[()/s,RMS]11/f噪声RMS频率/Hz图18频率功率谱测量程序如下。b)初始漂移收敛后，在数据测量装置(例如数据记录器)的频带内以采样速率测量期望时间(目c)提取数据，计算Allan方差(计算方法见IEEE952:1997)。d)取不同的r值，得到对应的σ值(时间积分角),并在双对数坐标系中得到σ(r)～r曲线，如图19所示。e)该图显示了在较短的分隔时间范围内斜率为-1/2的直线，对该直线进行拟合。读取拟合直GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014……斜率=-1/2H+Ht/s0.10.1NN标引序号说明：a(t)—t时刻的离散值(时间积分角);图19角度随机游走5.4.5.3零偏不稳定性测量程序如下：a)测量方法宜符合5.4.5.2的a)～d)项；b)使用计算出的离散值和时间r处的离散值σ(时间积分角),如图20所示，绘制一个对数表达式图(双对数坐标系);c)读出Allan方差曲线的底部图(斜率为0),并除若Allan方差曲线底部图(斜率=0)处，o(t)轴读取值为0.4()/h,则零偏不稳定性为0.4/0.664=g(r)g(r)0.664B0.1B0.01B0.10.01t/s图20零偏不稳定性和Allan方差曲线GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014o(t)botom——底图离散值(斜率=0);1——斜率=-1;2——斜率=-1/2;3——斜率=0(对应零偏不稳定性);4——斜率=+1/2;5——斜率=+1。图20零偏不稳定性和Allan方差曲线(续)——温度； ——额定电源电压。5.5带宽明确陀螺仪与带宽相关参数的测量方法。5.5.2测量线路图21为陀螺仪测量线路的组成示例，图22为接线配置示例。构成测量线路的部件应满足以下几点。——电源应能提供陀螺仪所需的规定电压和电流，纹波电压的波动范围等应满足供电状态下陀螺仪的要求。台能够提供不小于陀螺仪测量范围的旋转角速率，能够与最小分辨率的角速率变化相对应。GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014转台的测量精度见附件A。—参考角速率检测器和角速率测量装置：用于检测转台运动的检测装置或系统。宜具有比陀螺仪更高的响应特性(优选角度检测器)。此外，该装置宜具有与测量频率兼容的角度分辨率(加电压(模拟)时，使用数字万用表或数据记录器。系统的采样频率宜足够高于待测量的上限频GB/T42597—2023/IEC62047-20:201483452967根据图21中的测量系统，在陀螺仪检测轴的基准轴(IRA)方向输入旋转角速率(变频),将陀螺仪输出信号(Sout)与参考旋转角速率输出(Rref)进行比较，并测量输入/输出传输特性。允许测量由于时间延迟引起的衰减特性和相位。输入/输出频率特性能够用传递函数G(jw)表示，用实数和虚数的矢量和表示该函数，如公式(30):G(jw)=Re[G(jw)]+jIm[G(jw)]=|G(jw)|ei∠GGw)(30)频率传递函数的绝对值|G(jw)|被称为增益，偏转角∠G(jw)被称为相位(相位角)。GB/T42597—2023/IEC62047-20:201410图23频率响应特性由图23所示的频率响应特性可以看出，频率带宽为增益从初始值(0)到-3dB点或相位从0到滞50图24增益峰值响应特性测量期间的注意事项如下。—陀螺仪参考角速率检测器和输入参考轴(IRA)宜一致。———参考角速率检测器(加载角速率/测量频率)分辨率宜高于测量频率。所使用的转台宜具有足——施加到陀螺仪上的电源电压和偏差宜在各自的规格范围内，并在稳定状态下测量施加角速率后的振幅输出。——加载角速率时，建议确保陀螺仪有足够的输出振幅并根据频率保持恒定的速度。(例如，优选GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014加载动态范围的1/2～1/10的角速率)。——当扫频时间(变速)过快时，比较难判断相位延迟等项目。因此，对于阶梯输入的每个固定频率，扫频时间宜不少于4个周期。——环境温度的参考值宜为25℃±5℃。——适当时，相对湿度的参考值宜为45%～75%。——大气压力的参考值宜为86kPa～106kPa(860mbar～1060mbar)。a)校准如图25所示，将来自参考角速率检测器(Ref)并与陀螺仪标度因数输出等效的信号，传送到陀螺仪数据比较与采集系统(数据读取器)以及参考角速率检测器的监测器(Ref的监测器)。3——转台：4——参考角速率检测器的监测器；6——数据记录器；图25频率响应的校准b)带宽采用规定条件的正弦输入，确定陀螺仪输出相位滞后于输入速率(90±5)°或陀螺仪输出幅值增GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014c)增益峰值输入规定的角速率和频率，并测量输出信号局部最大值的频率(Hz)和在这个频率的振幅增益值表7为测量带宽前应确定的条件参数。测量项目参数补充说明频率响应测量温度测量：T电源电压：VasE图1为陀螺仪测量线路的组成示例，图2为接线配置示例。增量下，输出的变化确定大于该输入角速率增量下理论输出变化的50%,即能够认为此输入角速率最O.rston>Nose.RMs:最小分辨率=O.olutkna)提供电压GB/T42597—2023/IEC62047-20:2014在陀螺仪上施加电压“VBAse”。由于要考虑压降，电源线和电源监测线应分开接线，如图2所示。应检查电源监测线的输出值是否与目标电压一致。b)设定温度陀螺仪和转台(仅接受转台)置于测量温度“Tnas”下。它们应至少保留到陀螺仪达到测量温度为止。c)调节电压在完成温度设定后，设定的电压很可能会随着时间流逝或电流消耗而略有变化，因此在陀螺仪达到在这种情况下，电压很可能无法将电压精确地调节到设定值(例如，设定电压5.0000V,实际电压为4.9998V),因此应记录实际电压值。d)确认输出在确认静止状态下陀螺仪输出稳定后，施加5.6.3中的旋转角速率，测量陀螺仪的输出值。e)输出归一化设定电压为5.000V时造成的误差),应修正实际测量的输出值，对实际测量的输出值与理论值按比例关系进行归一化。“y,”用公式(31)表示：…………f)确认结果根据5.6.3中规定的原则确定分辨率。5.6.5规定条件表8为测量分辨率前需要确定的条件参数。表8测量分辨率的规定条件测量项目参数补充说明分辨率温度测量：Tus电源电压：VBAsGB/T42597—2023/IEC62047-20:2014(资料性)A.