六轴mems运动传感器的性能测试装置及其测试方法
【专利摘要】六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，包括主、副马达，主、副框架和测试电路板；主转轴固定在主马达上，主框架与主转轴相连；副转轴固定在副马达上，副框架与副转轴相连；测试电路板装在副框架上，测试电路板的测试线经副空心轴接入副绕线架中。本装置可以对待测样品施加X、Y、Z三个轴向的加速度激励信号和角速度激励信号，完成测试，具有系统简单，造价低，产能高的优点。本发明的测试方法通过主、副马达的转动，将待测样品的三个感应轴分别对准地球引力的正反方向，测出其初始加速度信号；然后将待测样品的三个感应轴分别对准主转轴轴心线或副转轴轴心线，控制主马达或副马达匀速转动，测出待测样品的初始角速度信号。本方法操作简单、产能高。
【专利说明】六轴MEMS运动传感器的性能测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及运动传感器的测试技术，特别涉及到一种六轴MEMS运动传感器的性能测试装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002]MEMS(Microelectromechanical System)是微机电系统的简称，它是利用微电子加工技术制造微米级的机械部件，再加上信号处理器、控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的、集成于单个元件中的微型器件系统。MEMS器件有着体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、易大批量生产的优点，是智能化、信息化不可或缺的基础元器件，现已被广泛应用于移动通信、娱乐装置、汽车、国防、工业控制、家用电器、通信工程、航空航天、现代农业、生物医学、交通、环保等领域。MEMS运动传感器是感测物体运动的传感器，由感测物体直线运动的加速度传感器和感测物体旋转运动的角速度传感器组成的组合式传感器。MEMS加速度传感器技术发展得相对较早，约从2004年开始，MEMS加速度传感器就被广泛应用于消费类电子产品，如游戏机、手机、平板电脑、数码照相机、机器人、GPS，玩具等，约从2008年开始，MEMS角速度传感器也被广泛应用于消费类电子产品中。随着便携式电子产品的日益智能化和小型化，运动传感器必须契合市场要求，缩小体积、降低成本、方便客户使用，于是组合式MEMS运动传感器应运而生，组合式MEMS运动传感器是将三轴加速度传感器和三轴角速度传感器通过圆片加工或封装组成的六轴MEMS运动传感器。从2012年开始，组合式MEMS运动传感器以大于50%的年增长率逐渐替代独立的MEMS加速度传感器和MEMS角速度传感器，成为智能化移动电子装置的核心元器件。
[0003]由于MEMS运动传感器制造过程相当复杂，涉及到MEMS圆片加工、ASIC (专用集成电路)圆片加工、芯片封装等制造过程，大约有几百道加工工序，其中的任何一道工序不合格，都会对六轴MEMS运动传感器的性能产生影响，特别是导致每个器件之间的性能不一致。而用户的需要是感知真实世界的物体运动信号，同一型号的器件必须有同样的性能。所以在产品出厂前，必须逐个进行参数测试，剔除次品，以及校准器件的性能参数，如零偏、灵敏度等，以保证客户得到性能一致的产品。
[0004]要测试六轴MEMS运动传感器的性能，就必须对它施加一定量的激励信号源，测量六轴MEMS运动传感器的初始输出值，再通过六轴MEMS运动传感器内部的专用集成电路(ASIC)调节输出值，从而得到符合规格的产品。也就是说，测试和校准六轴MEMS运动传感器，必须以一定速度旋转待测样品以提供角速度激励信号；还必须提供一定值的加速度激励信号。在对单轴加速度或角速度传感器测试时，只需用到最简单的单轴转台，它由一个主马达和相应的转轴、导电滑环、转盘等组成，主马达旋转产生激励信号。但在测试六轴MEMS运动传感器时，要完成三个轴向的性能测试，需在X、Y、Z三个轴向以一定速度转动待测试样品，以及将待测样品置于一定的相对于地球引力方向的位置，这样就必须要用到两个主马达来产生三个轴向的激励信号源。
[0005]现有的测试装置的核心部位一测试头如图1、图2所示，它需要二个马达101和10分别控制框架103和转轴104，驱动测试电路板105沿X轴心线A和Y轴心线B转动，由于没有专门的绕线机构，任何方向马达每次转动不能超过360°。当测试六轴MEMS运动传感器的加速度性能时，在如图1所示的静止状态时，待测样品M的X、Z方向受到的加速度激励信号均为0，在Y方向受到的加速度激励信号为I个地球引力单位，即+IG ;当马达101驱动框架103沿X轴心线A转动180°，待测样品M在Y方向受到-1G的加速度激励信号，在X、Z方向的加速度激励信号仍为0，从而完成加速度传感器在Y轴的测试；同理，从图1所示状态开始，当马达101驱动框架103沿X轴心线M转动90°和270°时，完成加速度传感器在X轴的测试；从图2所示状态开始，当马达101驱动框架103沿X轴心线A转动90°和270°时，完成加速度传感器在Z轴的测试。
[0006]当测试六轴MEMS运动传感器的角速度性能时，在如图1所示状态下，马达102不工作，马达101驱动框架103沿X轴心线A转动，通过转轴104和测试电路板105带动待测样品M在X轴方向旋转，对待测样品M施加Z轴旋转信号激励；然后马达101停止工作，马达102驱动转轴104沿Y轴心线B转动，通过测试电路板105带动待测样品M在Y轴方向旋转，对待测样品M施加Y轴旋转信号激励。然后控制马达102驱动转轴104沿Y轴心线B转动到达图2所示状态，此时待测样品M的正面朝向-Z方向，马达101驱动框架103沿X轴心线A转动，通过转轴104和测试电路板105带动待测样品M在X轴方向旋转，对待测样品M施加X轴旋转信号激励。这样，待测试样品的X、Y、Z三个轴向的初始输出值都测到了，通过微型陀螺仪内部的控制电路调节最终输出值，就完成了待测样品的测试。
[0007]现有测试装置结构复杂，由于没有专门的绕线机构，任何方向马达每次转动都不能超过360°，中间还要减去加速和减速的时间，特别是在对角速度传感器进行测试时，转速恒定的时间很短，即稳定的角速度激励信号时间很短，要完成多个待测样品的测试，就要求与之配套的电路测试系统信号处理速度很快，相应地，成本也会很高。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，该装置通过一个主马达、一个副马达，驱动主框架和副框架，对六轴MEMS运动传感器待测样品施加X、Y、Z三个轴向的加速度激励信号和角速度激励信号。而且，可一次性在副框架上安装二块测试电路板，每块测试电路板上安装多个待测样品，具有系统简单，造价低，产能高的优点。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供了一种六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，包括主马达、副马达、主框架、副框架、主转轴、副转轴、主空心轴、副空心轴、主绕线架、副绕线架和测试电路板；
[0010]所述主马达固定在左固定架上，主转轴固定在主马达上，主框架一端与主转轴相连，另一端与主空心轴相连，主空心轴固定在右固定架上，主转轴与主空心轴位于同一条主转轴轴心线上，主马达的控制线直接与电路测试系统相接；
[0011]所述副马达固定在主框架上，主框架和副框架都呈四边形，副马达位于主框架的一条与主转轴轴心线平行的边上，副转轴固定在副马达上，副框架一端与副转轴相连，另一端与副空心轴相连，副空心轴固定在主框架的另一条边上，副转轴与副空心轴位于同一条副转轴轴心线上，所述副转轴轴心线与主转轴轴心线相垂直，副马达的控制线经主空心轴接入主绕线架中；
[0012]所述主绕线架由主绕线盘、主弹性电线和主固定杆组成，所述主绕线盘包括主外绕线盘和主内绕线盘，所述主外绕线盘和主内绕线盘是彼此平行的平板，主外绕线盘和主内绕线盘都固定在主固定杆上,形成容纳主弹性电线活动的空间，主外绕线盘和主内绕线盘与主空心轴间有间隙，所述主弹性电线的一端固定在主空心轴上，另一端固定在主固定杆上;
[0013]所述副绕线架的结构与主绕线架的结构相同，副绕线架的副绕线盘通过副固定杆固定在主框架上，围绕在副空心轴上，与副空心轴间有间隙，所述副绕线架的信号线经主空心轴接入主绕线架中，与副马达的控制线汇总成总线，从主绕线架中引出，与电路测试系统连接；
[0014]所述测试电路板安装在副框架上，测试电路板上有若干条测试线，测试线经副空心轴接入副绕线架中。
[0015]所述左固定架和右固定架都安装在底座上。
[0016]所述主空心轴通过轴套固定在右固定架上，副空心轴通过轴套固定在主框架上。
[0017]所述主弹性电线是扁导线。
[0018]在对六轴MEMS运动传感器进行测试时，由电路测试系统控制本发明的测试装置给待测样品提供X、Y、Z三个方向的加速度激励信号，以及Χ、Υ、Ζ三个方向的角速度激励信号，即通过主马达和副马达的转动，将待测样品的X、Y、Z三个感应轴分别对准地球引力的正反方向，就可测出待测样品的初始加速度信号；相似地，通过主马达和副马达的转动，将待测样品的X、Y、Z三个感应轴分别对准主转轴轴心线或副转轴轴心线，控制马达以一定转速匀速转动，就可测出待测样品的初始角速度信号，再由电路测试系统通过待测样品内置的微控制电路调整参数，将零偏最终输出值和灵敏度最终输出值调整到产品规范以内，就完成了待测样品的测试和校准。
[0019]本发明的测试装置可以对六轴MEMS运动传感器待测样品施加X、Y、Z三个轴向的加速度激励信号和角速度激励信号，可同时对多个待测样品进行测试，测试效率高，而且系统简单，造价低。
[0020]作为本发明的一个实施例，还包括附加主绕线架，所述附加主绕线架的结构与主绕线架结构相同，附加主绕线架通过固定杆固定在右固定架上，围绕在主空心轴上，与主空心轴间有间隙，副绕线架的信号线经附加主绕线架引出，并与电路测试系统相连。目的是将经副绕线架的信号线与副马达的控制线分开，分别通过主绕线架和附加主绕线架引出，并被分别连接到电路测试系统中，以避免副马达的控制信号干扰测试信号。
[0021]作为本发明的一个实施例，用水平放置的第一弹簧线代替所述的主绕线架，副绕线架的信号线和副马达的控制线经由第一弹簧线连接到电路测试系统中，所述的第一弹簧线的一端固定在主空心轴上，另一端固定在导线固定柱上，导线固定柱固定在底座上。第一弹簧线可以吸收主空心轴转动时产生的累积角度变化，以免电线缠绕及疲劳断裂。
[0022]作为本发明的一个实施例，用垂直放置的第二弹簧线代替所述的主绕线架，副绕线架的信号线和副马达的控制线经由第二弹簧线连接到电路测试系统中，所述的第二弹簧线的一端缠绕在主空心轴上，并被限制在直接固定在空心轴上的两块挡板之间，第二弹簧线的另一端固定在导线固定杆上，导线固定杆固定在底座下面的底座脚上。第二弹簧线可以吸收主空心轴转动时产生的累积角度变化，以免电线缠绕及疲劳断裂。
[0023]本发明还提供了六轴MEMS运动传感器的性能测试方法，所述方法为:在本发明测试装置的测试电路板上安装待测样品，通过主马达和副马达的转动，将待测样品的X、Y、Z三个感应轴分别对准地球引力的正反方向，测出待测样品的初始加速度信号；然后通过主马达和副马达的转动，将待测样品的X、Y、Z三个感应轴分别对准主转轴轴心线或副转轴轴心线，控制主马达或副马达匀速转动，测出待测样品的初始角速度信号；最后由电路测试系统通过待测样品内置的微控制电路调整最终输出值，就完成了待测样品的测试。
[0024]所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试方法，具体为:
[0025](I)调节六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，使测试电路板、主框架和副框架处在同一平面上，将待测样品按照X、Y感应轴分别与主转轴轴心线和副转轴轴心线平行，Z感应轴垂直于测试电路板的方式安装在的测试电路板上，记录加速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值和角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值；
[0026](2)将主框架沿主转轴轴心线依次逆时针转过90°，记录每次旋转静止时加速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值；
[0027](3)待主框架沿主转轴轴心线逆时针转过270°后，再将主框架沿主转轴轴心线顺时时针转过270°，使其回到初始状态；
[0028](4)保持副框架不转动，主框架沿主转轴轴心线恒速逆时针转动，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值；
[0029](5)主框架逆时针转动若干圈后，再沿主转轴轴心线以与步骤(4)同等的速度恒速顺时针转动相同圈数，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值；
[0030](6)保持主框架不转动，副框架沿副转轴轴心线恒速逆时针转动，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值；
[0031](7)副框架逆时针转动若干圈后，再沿副转轴轴心线以与步骤￠)同等的速度恒速顺时针转动相同圈数，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值；
[0032](8)副框架沿副转轴轴心线逆时针转过90°静止，然后保持副框架不转动，主框架沿主转轴轴心线恒速逆时针转动，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值；
[0033](9)主框架逆时针转动若干圈后，再沿主转轴轴心线以与步骤(8)同等的速度恒速顺时针转动相同圈数，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值；
[0034](10)主框架沿主转轴轴心线逆时针转过90°静止，记录加速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值；
[0035](11)保持副框架不转动，主框架沿主转轴轴心线逆时针继续转过180°静止，记录加速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值；
[0036](12)通过电路测试系统计算待测样品的实际参数；
[0037](13)将步骤(12)计算的实际参数与产品规范对比，再通过待测样品内置的微控制电路将最终输出值调整到产品规范以内，就完成了待测样品的测试和校准。
[0038]本发明的测试方法操作简单，一次可以同时对多个六轴MEMS运动传感器待测样品进行测试和校准，产量较高。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是现有技术的测试装置的测试头在状态I时的示意图。
[0040]图2是现有技术的测试装置的测试头在状态2时的示意图。
[0041]图3是本发明实例一的测试装置在状态I时的结构示意图。
[0042]图4是本发明主绕线架中主弹性电线处于绷紧状态的侧视图。
[0043]图5是本发明主绕线架中主弹性电线处于松弛状态的侧视图。
[0044]图6是图4的A-A剖视图。
[0045]图7是本发明实例一的测试装置在状态2时的结构示意图。
[0046]图8是本发明实例二的结构示意图。
[0047]图9是本发明实例三的结构示意图。
[0048]图10是本发明实例四的结构示意图。
【具体实施方式】
[0049]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0050]实施例一
[0051]六轴MEMS运动传感器测试装置，如图3?图6所示，包括主马达201a、副马达201b、主框架204a、副框架204b、主转轴203a、副转轴203b、主空心轴208a、副空心轴208b、主绕线架207a、副绕线架207b和测试电路板205 ；
[0052]所述主马达201a固定在左固定架202a上，主转轴203a固定在主马达201a上，主框架204a —端与主转轴203a相连，另一端与主空心轴208a相连，主空心轴208a通过轴套固定在右固定架202b上，主转轴203a与主空心轴208a位于同一条主转轴轴心线O上，主马达201a通过主转轴203a驱动主框架204a、主空心轴208a、副马达201b和副框架204b一起转动，主马达201a的位置不会变动，所以主马达201a的控制线直接与电路测试系统相接；
[0053]所述副马达201b固定在主框架204a上，主框架204a和副框架204b都呈四边形，副马达201b位于主框架204a的一条与主转轴轴心线O平行的边上，副转轴203b固定在副马达201b上，副框架204b —端与副转轴203b相连，另一端与副空心轴208b相连，副空心轴208b通过轴套212固定在主框架204a的另一条与主转轴轴心线O平行的边上，副转轴203b与副空心轴208b位于同一条副转轴轴心线P上，所述副转轴轴心线P与主转轴轴心线O相垂直，副马达201b通过副转轴203b驱动副框架204b、副空心轴208b以及测试电路板205转动，副马达201b随主框架204a转动，所以，副马达201b的控制线不能直接与电路测试系统相接，所以，副马达201b的控制线209经主空心轴208a接入主绕线架207a中；
[0054]所述主绕线架207a由主绕线盘215a、主弹性电线216a和主固定杆206a组成，所述主绕线盘215a包括主外绕线盘215a'和主内绕线盘215a",所述主外绕线盘215a'和主内绕线盘215a"是彼此平行的平板，主外绕线盘215a'和主内绕线盘215a"都固定在主固定杆206a上，形成容纳主弹性电线216a活动的空间，如图6所示，主外绕线盘215a'和主内绕线盘215a"与主空心轴208a间有间隙，信号线210从主空心轴208a中穿出，连接到主弹性电线216a上，主绕线盘215a通过主固定杆206a固定在右固定架202b上，主绕线架207a不随主空心轴208a转动，主绕线架207a吸收主框架204a转动累积的角度变化，所述主弹性电线216a是扁导线，主弹性电线216a的一端固定在主空心轴208a上，另一端固定在主固定杆206a上，随着主空心轴208a的转动，主弹性电线216a像发条一样或松或紧，从而将信号线210和控制线209从转动的一端引出到固定的一端。图4所示状态下，主弹性电线216a被拉紧，当主空心轴208a沿图5中的箭头转动时，主弹性电线216a就处于松弛状态，如此循环往复，就可以用于量产测试中将信号引出；
[0055]所述副绕线架207b的结构与主绕线架207a的结构相同，副绕线架207b的副绕线盘通过副固定杆206b固定在主框架204a上，围绕在副空心轴208b上，与副空心轴208b间有间隙，所述副绕线架207b的信号线210经主空心轴208a接入主绕线架207a中，与副马达201b的控制线209汇总成总线211，从主绕线架207a中引出，与电路测试系统连接；
[0056]所述测试电路板205安装在副框架204b上，测试电路板205上有若干条测试线213，测试线213经副空心轴208b接入副绕线架207b中；
[0057]所述左固定架202a和右固定架202b都安装在底座214上。
[0058]实施例二
[0059]本实施例与实施例一的不同之处仅在于多了一个附加主绕线架307，如图8所示，所述附加主绕线架307的结构与主绕线架207a结构相同，附加主绕线架307通过固定杆206a固定在右固定架202b上，围绕在主空心轴208a上，与主空心轴208a间有间隙，副绕线架207b的信号线210经附加主绕线架307引出，并与电路测试系统相连。目的是将副绕线架207b的信号线210与副马达201b的控制线209分开，分别通过主绕线架207a和附加主绕线架307引出，并被分别连接到电路测试系统中，以避免副马达201b的控制信号干扰测试信号。
[0060]实施例三
[0061]本实施例与实施例一的不同之处仅在于用水平放置的第一弹簧线407代替所述的主绕线架207a，副绕线架207b的信号线210和副马达201b的控制线209经由第一弹簧线407连接到电路测试系统中，所述的第一弹簧线407的一端固定在主空心轴208a上，另一端固定在导线固定柱402上，导线固定柱402固定在底座214上，如图9所示。第一弹簧线407可以吸收主空心轴208a转动时产生的累积角度变化，以免电线缠绕及疲劳断裂。
[0062]实施例四
[0063]本实施例与实施例一的不同之处仅在于用垂直放置的第二弹簧线507代替所述的主绕线架207a，副绕线架207b的信号线210和副马达201b的控制线209经由第二弹簧线507连接到电路测试系统中，所述的第二弹簧线507的一端缠绕在主空心轴208a上，并被限制在直接固定在主空心轴208a上的两块挡板508之间，第二弹簧线507的另一端固定在导线固定杆502上，导线固定杆502固定在底座214下面的底座脚514上，如图10所示。第二弹簧线507可以吸收主空心轴208a转动时产生的累积角度变化，以免电线缠绕及疲劳断裂。
[0064]实施例五
[0065]六轴MEMS运动传感器的性能测试方法，具体为:
[0066]调节六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，使测试电路板205、主框架204a和副框架204b处在同一平面上，将待测样品N按照X、Y感应轴分别与主转轴轴心线O和副转轴轴心线P平行，Z感应轴垂直于测试电路板205的方式安装在的测试电路板205上，如图3所示，此时，Y轴的加速度激励信号为+1G，G为一个地球弓I力单位，约为9.8m/s2，X、Z轴没有加速度激励信号，角速度传感器的三个轴均无激励信号，此时加速度传感器的三个轴的初始输出值分别为=Vxtl^VyWt11 ;角速度传感器的三个轴的初始输出值分别为=Ux^Uy'U，；
[0067]从图3所示的状态I开始，当主框架204a沿主转轴轴心线O逆时针转过90°静止时，Z轴的加速度激励信号为+1G，X、Y轴没有加速度激励信号，角速度传感器的三个轴均无激励信号，此时加速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:Vx°2、Vy°2、Vz+ ；
[0068]当主框架204a沿主转轴轴心线O继续逆时针转过90°静止时，Y轴的加速度激励信号为-1G，X、Z轴没有加速度激励信号，角速度传感器的三个轴均无激励信号，此时加速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:Vx°3、Vy_、Vz°3 ；
[0069]当主框架204a沿主转轴轴心线O第三次逆时针转过90°静止时，Z轴的加速度激励信号为-1G，X、Y轴没有加速度激励信号，角速度传感器的三个轴均无激励信号，此时加速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:Vx°4、Vy°4、Vz_ ；
[0070]然后将主框架204a沿主转轴轴心线O顺时时针转过270°，使其回到如图3所示的状态I ;
[0071]从图3所示的状态I开始，保持副框架204b不转动，主框架204a沿主转轴轴心线O以恒速ω逆时针转动，角速度传感器的X轴感应到度激励信号为ω，单位为。/s，Ζ、Y轴没有角速度激励信号，此时角速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:Ux+、Uy°2、Uz°2 ;考虑到主绕线架207a中主弹性电线216a的长度有限，逆时针转动若干圈后，主框架204a沿主转轴轴心线O以恒速ω顺时针转动相同圈数，角速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:Ux_、Uy°3、Uz°3，此时，测试电路板205又回到图3所示的状态I ;
[0072]相似地，从图3所示的状态I开始，保持主框架204a不动，副框架204b沿副转轴轴心线P以恒速ω逆时针转动时，角速度传感器的Y轴感应到度激励信号为ω，Ζ、X轴没有角速度激励信号，此时角速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:Ux°4、Uy+、Uz°4 ;考虑到副绕线架207b中副弹性电线的长度有限，逆时针转动若干圈后，副框架204b沿副转轴轴心线P以恒速ω顺时针转动相同圈数，角速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:Ux°5、Uy_、Uz°5，此时，测试电路板回到图3所示的状态I ;
[0073]从图3所示的状态I开始，副框架204b沿副转轴轴心线P逆时针转过90°静止，测试电路板205到达图7所示的状态2，此时待测样品N的Z轴方向与主转轴轴心线O平行，待测样品N的Y轴方向与副转轴轴心线P平行；保持副框架204b不转动，主框架204a沿主转轴轴心线O以恒速ω逆时针转动，角速度传感器的Z轴感应到度激励信号为ω，Χ、Y轴没有角速度激励信号，此时角速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:UX°6、U:、U；；逆时针转动若干圈后，主框架204a沿主转轴轴心线O以恒速ω顺时针转动相同圈数，角速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:Ux°7、Uy°7、Uz_，此时，测试电路板205回到图7所示的状态2 ；
[0074]从图7所示的状态2开始，主框架204a沿主转轴轴心线O逆时针转过90°静止，X轴的加速度激励信号为+1G，Z、Y轴没有加速度速度激励信号，角速度传感器的三个轴均无激励信号，此时加速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:Vx+、Vy°5、Vz°5 ；
[0075]保持副框架204b不转动，主框架204a沿主转轴轴心线O逆时针继续转过180°静止，X轴的加速度激励信号为-1G，Z、Y轴没有加速度激励信号，此时加速度传感器的三个轴的初始输出值分别为:Vx_、Vy°6、Vz°6。至此，三个加速度传感器轴和三个角速度传感器轴的初始感应信号值测量完毕，然后通过电路测试系统计算待测样品N的初始零偏值、灵敏度、以及轴间干扰值等参数，其中加速度传感器的X、Y、Z三个轴的初始零偏值分别计算如下，单位为V:
[0076]Bx = (Vx++Vx_) /2 ；
[0077]By = (Vy.+V) /2 ;
[0078]Bz = (Vz++Vz0/2。
[0079]也可由下面公式计算:
[0080]Bx = (Vx01+Vx02+Vx03+Vx04) /4 ；
[0081]By= (Vy02+Vy04+Vy05+Vy06) /4 ；
[0082]Bz= (Vz01+Vz03+Vz05+Vz06) /4 ο
[0083]加速度传感器的X、Y、Z三个轴的初始灵敏度分别计算如下，单位为V/G:
[0084]Sx = (VxD /2 ；
[0085]Sy = (Vy+-V) /2 ;
[0086]Sz = (VzMV)/2。
[0087]加速度传感器的X、Y、Z三个轴的轴间干扰分别计算如下，单位为％:
[0088]Y 轴对 X 轴干扰:Cxy = 100 (Vx01-Vx03) /Sy ；
[0089]Y 轴对 Z 轴干扰:Czy = 100 (Vz01 - Vz03) /Sy ；
[0090]Z 轴对 X 轴干扰:CXZ = 100 (Vx02-Vx04) /Sz ；
[0091 ]Z 轴对 Y 轴干扰:Cyz = 100 (Vy02 - Vy04) /Sz ；
[0092]X 轴对 Y 轴干扰:Cyx = 100 (Vy05 - Vy06) /Sx ；
[0093]X 轴对 Z 轴干扰:CZX = 100 (Vz05 - Vz06) /Sx。
[0094]角速度传感器的X、Y、Z三个轴的初始零偏值分别计算如下，单位为V:
[0095]Nx = Ux01 ；
[0096]Ny = Uy01 ；
[0097]Nz = Uz01O
[0098]角速度传感器的X、Y、Z三个轴的初始灵敏度分别计算如下，单位为V/° /s:
[0099]Rx = (Ux+-UxO / ω ；
[0100]Ry = (Uy+-Uy-) / ω ;
[0101 ]Rz = (Uz —Uz )/ω。
[0102]角速度传感器的X、Y、Z三个轴的轴间干扰分别计算如下，单位为％:
[0103]X 轴对 Y 轴干扰:Iyx = 100 (uy°2-uy°3) /2RX ；
[0104]X 轴对 Z 轴干扰:IZX = 100 (Uz02 - Uz03) /2RX ；
[0105]Y 轴对 X 轴干扰:Ixy = 100 (Ux04 - Ux05) /2Ry ；
[0106]Y 轴对 Z 轴干扰:Izy = 100 (Uz04 - Uz05) /2Ry ；
[0107]Z 轴对 X 轴干扰:IXZ = 100 (Ux06 - Ux07) /2RZ ；
[0108]Z 轴对 Y 轴干扰=Iyz = 100 (Uy06 - Uy07) /2RZ。
[0109]比较上述计算得到的各个感应轴的初始参数是否超出产品规范，再通过待测试样品N内置的微控制电路调整参数，将零偏最终输出值和灵敏度最终输出值调整到产品规范以内，就完成了待测样品N的测试和校准。
【权利要求】
1.六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:包括主马达、副马达、主框架、副框架、主转轴、副转轴、主空心轴、副空心轴、主绕线架、副绕线架和测试电路板； 所述主马达固定在左固定架上，主转轴固定在主马达上，主框架一端与主转轴相连，另一端与主空心轴相连，主空心轴固定在右固定架上，主转轴与主空心轴位于同一条主转轴轴心线上，主马达的控制线直接与电路测试系统相接； 所述副马达固定在主框架上，主框架和副框架都呈四边形，副马达位于主框架的一条与主转轴轴心线平行的边上，副转轴固定在副马达上，副框架一端与副转轴相连，另一端与副空心轴相连，副空心轴固定在主框架的另一条边上，副转轴与副空心轴位于同一条副转轴轴心线上，所述副转轴轴心线与主转轴轴心线相垂直，副马达的控制线经主空心轴接入主绕线架中； 所述主绕线架由主绕线盘、主弹性电线和主固定杆组成，所述主绕线盘包括主外绕线盘和主内绕线盘,所述主外绕线盘和主内绕线盘是彼此平行的平板,主外绕线盘和主内绕线盘都固定在主固定杆上，形成容纳主弹性电线活动的空间，主外绕线盘和主内绕线盘与主空心轴间有间隙，所述主弹性电线的一端固定在主空心轴上，另一端固定在主固定杆上； 所述副绕线架的结构与主绕线架的结构相同，副绕线架的副绕线盘通过副固定杆固定在主框架上，围绕在副空心轴上，与副空心轴间有间隙，所述副绕线架的信号线经主空心轴接入主绕线架中，与副马达的控制线汇总成总线，从主绕线架中引出，与电路测试系统连接; 所述测试电路板安装在副框架上，测试电路板上有若干条测试线，测试线经副空心轴接入副绕线架中。
2.如权利要求1所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:所述左固定架和右固定架都安装在底座上。
3.如权利要求1所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:所述主空心轴通过轴套固定在右固定架上，副空心轴通过轴套固定在主框架上。
4.如权利要求1所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:所述主弹性电线是扁导线。
5.如权利要求1至4中任一项所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:还包括附加主绕线架，所述附加主绕线架的结构与主绕线架结构相同，附加主绕线架通过固定杆固定在右固定架上，围绕在主空心轴上，与主空心轴间有间隙，副绕线架的信号线经附加主绕线架引出，并与电路测试系统相连。
6.如权利要求1至4中任一项所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:用水平放置的第一弹簧线代替所述的主绕线架，副绕线架的信号线和副马达的控制线经由第一弹簧线连接到电路测试系统中，所述的第一弹簧线的一端固定在主空心轴上，另一端固定在导线固定柱上，导线固定柱固定在底座上。
7.如权利要求1至4中任一项所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，其特征在于:用垂直放置的第二弹簧线代替所述的主绕线架，副绕线架的信号线和副马达的控制线经由第二弹簧线连接到电路测试系统中，所述的第二弹簧线的一端缠绕在主空心轴上，并被限制在直接固定在空心轴上的两块挡板之间，第二弹簧线的另一端固定在导线固定杆上，导线固定杆固定在底座下面的底座脚上。
8.六轴MEMS运动传感器的性能测试方法，其特征是，所述方法为:在权利要求1至7中任一项所述的测试电路板上安装待测样品，通过主马达和副马达的转动，将待测样品的X、Y、Z三个感应轴分别对准地球引力的正反方向，测出待测样品的初始加速度信号；然后通过主马达和副马达的转动，将待测样品的X、Y、Z三个感应轴分别对准主转轴轴心线或副转轴轴心线，控制主马达或副马达匀速转动，测出待测样品的初始角速度信号；最后由电路测试系统通过待测样品内置的微控制电路调整最终输出值，就完成了待测样品的测试。
9.根据权利要求8所述的六轴MEMS运动传感器的性能测试方法，其特征在于:所述方法具体为: (1)调节六轴MEMS运动传感器的性能测试装置，使测试电路板、主框架和副框架处在同一平面上，将待测样品按照X、Y感应轴分别与主转轴轴心线和副转轴轴心线平行，Z感应轴垂直于测试电路板的方式安装在的测试电路板上，记录加速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值和角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值； (2)将主框架沿主转轴轴心线依次逆时针转过90°，记录每次旋转静止时加速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值； (3)待主框架沿主转轴轴心线逆时针转过270°后，再将主框架沿主转轴轴心线顺时时针转过270°，使其回到初始状态； (4)保持副框架不转动，主框架沿主转轴轴心线恒速逆时针转动，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值； (5)主框架逆时针转动若干圈后，再沿主转轴轴心线以与步骤(4)同等的速度恒速顺时针转动相同圈数，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值； (6)保持主框架不转动，副框架沿副转轴轴心线恒速逆时针转动，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值； (7)副框架逆时针转动若干圈后，再沿副转轴轴心线以与步骤￠)同等的速度恒速顺时针转动相同圈数，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值； (8)副框架沿副转轴轴心线逆时针转过90°静止，然后保持副框架不转动，主框架沿主转轴轴心线恒速逆时针转动，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值； (9)主框架逆时针转动若干圈后，再沿主转轴轴心线以与步骤(8)同等的速度恒速顺时针转动相同圈数，记录角速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值； (10)主框架沿主转轴轴心线逆时针转过90°静止，记录加速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值； (11)保持副框架不转动，主框架沿主转轴轴心线逆时针继续转过180°静止，记录加速度传感器X、Y、Z三个轴的初始输出值； (12)通过电路测试系统计算待测样品的实际参数； (13)将步骤(12)计算的实际参数与产品规范对比，再通过待测样品内置的微控制电路将最终输出值调整到产品规范以内，就完成了待测样品的测试和校准。
【文档编号】G01P21/00GK104344838SQ201410626202
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年11月8日 优先权日:2014年11月8日
【发明者】华亚平, 顾浩琦, 陆峰, 史振琪 申请人:安徽北方芯动联科微系统技术有限公司