УДК: 531.383-11:531.714.7
Д. П. КОЗЛОВ, Н. В. МОИСЕЕВ[1]
( «ЦНИИ «Электроприбор», Санкт-Петербург)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВТОРЯЕМОСТИ СМЕЩЕНИЯ НУЛЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ ММГ-ЭПТРОН
В предлагаемом докладе идёт речь о повторяемости показаний выходного сигнала микромеханического гироскопа. Описывается методика проведения испытаний, а так же приведены результаты обработки полученных значений.
Введение
Одним из основных параметров, учитываемых при отбраковочных испытаниях микромеханических датчиков, является наблюдение повторяемости полученных измерений. Эта характеристика играет важную роль на протяжении всего жизненного цикла изделия, начиная от калибровки (выставления масштабного коэффициента и учёта погрешностей), заканчивая практическим целевым использованием прибора в различных условиях эксплуатации. К сожалению, повторяемость редко фигурирует в технической документации к измерительным приборам, однако зачастую является одним из основных требований при работе с заказчиками, поскольку небольшой предел повторяемости гарантирует малый разброс результатов при работе датчика, что немало важно для стабильной работы устройств, частью которых может служить исследуемый измерительный прибор. Одним из примеров таких сфер использования могут считаться резервные навигационные системы, для которых стабильность работы является одним из ключевых факторов. Представленный доклад описывает методику проверки ММГ-ЭПТРОН для определения образцов с наилучшими показателями.
Прецизионность в условиях повторяемости воспроизводимости
Конкретно термин «повторяемость» (repeatability) вытекает из другого термина - «прецизионность» (precision). Прецизионность отражает степень близости друг к другу независимых результатов измерений. [1] Наиболее часто эта характеристика используется в условиях повторяемости и воспроизводимости (reproducibility). Условиями повторяемости считаются условия, при которых независимые результаты измерений (или испытаний) получаются одним и тем же методом на идентичных объектах испытаний, в одной и той же лаборатории, одним и тем же оператором, с использованием одного и того же оборудования, в пределах короткого промежутка времени (ИСО 3534-1 [2]). Ключевая разница между условиями повторяемости и условиями воспроизводимости заключается в том, что воспроизводимость не требует для себя сохранения идентичности условий проведения испытаний.
Методика определения повторяемости выходного сигнала ММГ-ЭПТРОН
Нашей задачей стояло проведение испытаний на повторяемость микромеханического гироскопа ММГ-ЭПТРОН в условиях неподвижного основания при постоянном изменении температуры в диапазоне от -40° до +85°, в пуске. Результаты наблюдались вследствие сравнения показаний угловой скорости при трёх температурных переходах.
Рис. 1- Температурный режим камеры по показаниям DS 1624
Для получения данных о значении температуры непосредственно рядом с испытуемыми датчиками осуществлялась привязка к термодатчику Dallas Semiconductors DS 1624. При определении повторяемости выходного сигнала датчика диапазон измерений разбивают на несколько интервалов, достаточно равномерно распределенных по диапазону измерений. С помощью специально разработанного программного обеспечения полученные результаты выводились в график в виде трёх линий, максимальная разность значений которых (r) при одном аргументе и является повторяемостью.
Рис. 2 – График повторяемости ММГ-ЭПТРОН (образец №1)
Для наглядности приводится график, отражающий разность показаний датчика при ключевых температурах. Эта разность носит название предела повторяемости. При оценке повторяемости выходного сигнала допускается не учитывать 5% всех результатов измерений. [3] Негативное влияние на полученные данные могут оказать зашумлённость сигнала, а так же смещение и нестабильность нуля, которые могут быть обусловлены температурными и вибрационными условиями проведения эксперимента в сумме с допустимыми технологическими погрешностями конкретного испытываемого датчика.
Рис. 3 – График зависимости разности показаний смещения нуля от температуры (образец №1)
Помимо описанного метода была произведена полиномиальная аппроксимация при помощи полинома 3й степени для другого образца ММГ-ЭПТРОН. Результат, полученный при помощи пакета программ CurveExpert, подтвердил легитимность использованного нами способа.
Рис. 4 – График повторяемости ММГ-ЭПТРОН (образец №2)
Рис. 5 – График отклонения значений показаний выходного сигнала от полиномиальной аппроксимации (образец №2)
Заключение
Итогом проведённых испытаний гироскопов является разработка методики определения предела повторяемости смещения нуля и отбор гироскопов с наилучшими показателями для предоставления заказчикам. Данная методика позволяет получать область разброса действительных значений выходного сигнала при многократных проверках датчика. В последствии, для упрощения процесса отбраковочных испытаний будет определена взаимосвязь между повторяемостью и иными характеристиками микромеханических гироскопов.
Литература
ГОСТ Р ИСО . Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. ИСО 3534-1. Статистика. Словарь и условные обозначения. ГОСТ . Датчики давления, разрежения и разности давлений с электрическими аналоговыми выходными сигналами ГСП. Общие технические условия. IEEE standard specification format guide and test procedure for coriolis vibratory gyros, IEEE, Jan. 2004«Текст доклада согласован с научным руководителем».
[1] Научный руководитель ведущий инженер Николай Владимирович Моисеев
