一种MEMS陀螺仪测试装置、系统和方法与流程

本发明涉及一种MEMS陀螺仪测试装置、系统和方法。

背景技术：

科氏力即科里奥利力（Coriolis force），是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。旋转中的陀螺仪会对各种形式的直线运动产生反映，通过记录陀螺仪部件受到的科里奥利力可以进行运动的测量与控制。

MEMS陀螺仪在对体积小、重量轻、低功耗、可靠性高、安装容易、维护成本低、抗振动、抗冲击的组合导航、虚拟现实、手机、无人机、机器人等领域大量使用。然而，光纤陀螺、激光陀螺等传统陀螺仪由于体积大、重量重、功耗高、安装复杂、维护成本高等缺点，正受到来自MEMS陀螺仪的市场冲击。生产厂家重视MEMS陀螺仪的出厂质量，在出厂前对MEMS陀螺仪进行大量测试，保证出厂产品的质量。

申请号为CN201020181149.1的实用新型专利公开了一种双轴转台的MEMS陀螺测试系统，将带高低温箱的双轴转台和MEMS陀螺传感器测试单元结合起来，组成一种全自动的MEMS陀螺综合测试系统，温箱为MEMS陀螺测试提供温度环境条件，温度控制范围为-55℃～+120℃，保证测试项目更全，以便在各个温度下对MEMS 陀螺进行从标定，以增加其标定的准确性，从而解决了MEMS陀螺测试要求的高速率、测试温控要求等问题，提高了测试效率。然而该发明专利具有以下缺点：（1）该测试系统的测试方法是将高低温箱内的被测模拟信号通过转台的滑环输出到外部的数据采集设备进行模数转换，这种方法会在被测信号里引入大的干扰信号，降低了有用信号的信噪比，导致测试结果误差大、精度低，不能得到真实的测量结果；（2）该测试系统的安装MEMS陀螺的方式为在工作台面上沿轴线对称安装MEMS陀螺，当工作台面出现故障导致无法正确获取数据时，不方便更换；（3）该测试系统无法实现远距离的数据传输，同时无法根据上位机的型号更换适应的线路。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种MEMS陀螺仪测试装置、系统和方法，解决现有技术将高低温箱内的被测模拟信号通过转台的滑环输出到外部的数据采集设备进行模数转换，会在被测信号里引入大的干扰信号，降低了有用信号的信噪比，导致测试结果误差大、精度低，不能得到真实的测量结果的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种MEMS陀螺仪测试装置，所述的高低温箱内部设置有转台台面、温度控制系统、滑环和单/多芯片测试板，所述的高低温箱的外部设置有驱动电机和转台控制系统，所述的转台控制系统通过驱动电机控制转台台面的转动方向和速率，所述的单/多芯片测试板安装在转台台面上，所述的单/多芯片测试板上设置有芯片夹具，所述的温度控制系统控制高低温箱内部的温度；所述的高低温箱内部还设置有数据采集板，数据采集板安装在转台台面上；所述的数据采集板接收来自单/多芯片测试板的模拟输出信号，进行模数转换后将转换后的数字信号通过滑环输出至高低温箱外部。

所述的单/多芯片测试板包括芯片夹具、测试电路和第一信号接口，待测芯片安装于芯片夹具上，待测芯片的输出信号经过测试电路到达第一信号接口；所述的数据采集板包括第二信号接口、模数转换电路和第一数据传输接口，所述的第二信号接口与第一信号接口通过电缆连接，模数转换电路将接收到的模拟信号转换为数字信号通过第一数据传输接口发送出去。

所述的单/多芯片测试板和数据采集板通过螺钉固定安装在转台台面。

所述的装置还包括设置于高低温箱外部的控制面板，所述的控制面板通过控制温度控制系统来控制高低温箱内的温度。

一种MEMS陀螺仪测试系统，包括所述的MEMS陀螺仪测试装置和上位机系统，所述的上位机系统接收来自数据采集板输出的信号，进行数据的存储和分析。

所述的上位机系统包括第二数据传输接口、集线器和上位机，所述的第二数据传输接口接受来自数据采集板输出的信号，并传送至集线器，上位机获取集线器传输的数据进行存储和分析。

所述的第二数据传输接口和数据采集板的数据传输接口为网络接口、RS422接口、RS232接口、RS485接口中的任意一种；所述的集线器为与第二数据传输接口和数据采集板的数据传输接口对应型号的集线器，包括网络集线器、RS422集线器、RS232集线器、RS485集线器。

所述的MEMS陀螺仪测试系统还包括设置于高低温箱外部的电源系统，所述的电源系统包括直流多通道输出电源和第一电源接口；所述的单/多芯片测试板包括第二电源接口，所述的数据采集板包括第三电源接口，所述的第一电源接口通过电缆分别与直流多通道输出电源、第二电源接口和第三电源接口连接。

一种MEMS陀螺仪测试方法，包括测试步骤，所述的测试步骤包括：

将待测芯片安装到设置于高低温箱内部的单/多芯片测试板的芯片夹具上；

设置转台控制系统的角速率参数和方向参数，以控制转台台面的转速和方向；

设置高低温箱的内部温度；

转台台面带动单/多芯片测试板按照设置的角速率和方向运动；

待测芯片的输出信号经过单/多芯片测试板形成模拟信号输出至设置于高低温箱内部的数据采集板；

数据采集板将数据进行模数转换后通过滑环传输至上位机系统；

上位机系统进行数据的存储和分析。

所述的方法还包括安装步骤和更换步骤；所述的安装步骤为在将待测芯片安装到设置于高低温箱内部的单/多芯片测试板的芯片夹具上之前，所述的安装步骤包括以下子步骤：

将单/多芯片测试板和数据采集板安装在转台台面上；

通过电缆将单/多芯片测试板、数据采集板和上位机系统之间连接

所述的更换步骤包括：

当需要更换单/多芯片测试板或者数据采集板时，关闭电源；

拆卸连接单/多芯片测试板或者数据采集板的电缆；

拆卸单/多芯片测试板或者数据采集板；

安装新的单/多芯片测试板或者数据采集板；

通过电缆将单/多芯片测试板、数据采集板和上位机系统之间连接。

本发明的有益效果是：

（1）为了提高抗干扰能力、提高信噪比、提高测量精度，最终测量得到真实可靠的测量结果，本发明在高低温箱内部设置数据采集板，通过先将被测的单/多芯片的输出信号转换成数字信号，然后再将转换后的数字信号通过滑环传输到上位机电脑，最终获得误差小、精度高、真实可靠的测量结果。

（2）本发明实现了测试系统模块化，便于更换和维护、成本低、操作简便、高效率、高精度和高可靠性：具体的，通过在单/多芯片测试板、数据采集板、上位机系统、电源系统设置多个通过电缆连接的接口，以及通过单/多芯片测试板和数据采集板可通过螺钉固定安装在转台台面两种方式，在即使出现故障的情况下，也可凭借接口方便拆卸以及单/多芯片测试板和数据采集板方便拆卸的优点，实现方便更换。

（3）通过高低温箱外部的控制面板，实现方便与快速控制高低温箱内的温度。

（4）上位机系统中设置有集线器，对接收到的信号进行再生整形放大，实现测试系统的远传输距离数据传输。

（5）根据不同的上位机系统，可选择不同的型号的数据传输接口（选择不同型号的数据采集板）以及对应的集线器，方便了不同接口设备的使用和数据的传输。具体地：接口包括网络接口、RS422接口、RS232接口、RS485接口中的任意一种；所述的集线器为与接口对应型号的集线器，包括网络集线器、RS422集线器、RS232集线器、RS485集线器。

（6）本发明可同时测试多片芯片，满足批量测试的要求。

附图说明

图1为本发明结构方框图；

图2为本发明方法的测试步骤流程图；

图中，1-单/多芯片测试板，2-数据采集板，3-转台台面，4-高低温箱，5-上位机系统，6-电源系统，7-转台控制系统。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：

如图1所示，实施例1公开了一种MEMS陀螺仪测试装置，包括高低温箱4，所述的高低温箱4内部设置有转台台面3、温度控制系统、滑环和单/多芯片测试板1，所述的高低温箱4的外部设置有驱动电机和转台控制系统7，所述的转台控制系统7通过驱动电机控制转台台面3的转动方向和速率，所述的单/多芯片测试板1安装在转台台面3上，所述的单/多芯片测试板1上设置有芯片夹具，所述的温度控制系统控制高低温箱4内部的温度；所述的高低温箱4内部还设置有数据采集板2，数据采集板2安装在转台台面3上；所述的数据采集板2接收来自单/多芯片测试板1的模拟输出信号，进行模数转换后将转换后的数字信号通过滑环输出至高低温箱4外部。

具体地，在高低温箱4内部设置数据采集板2，通过先将被测的单/多芯片的输出信号转换成数字信号，然后再将转换后的数字信号通过滑环传输至外部，最终获得误差小、精度高、真实可靠的测量结果。

在本实施例中，所述的单/多芯片测试板1包括芯片夹具、测试电路和第一信号接口，待测芯片安装于芯片夹具上，待测芯片的输出信号经过测试电路到达第一信号接口；所述的数据采集板2包括第二信号接口、模数转换电路和第一数据传输接口，所述的第二信号接口与第一信号接口通过电缆连接，模数转换电路将接收到的模拟信号转换为数字信号通过第一数据传输接口发送出去。

在本实施例中，所述的单/多芯片测试板1和数据采集板2通过螺钉固定安装在转台台面3。更优的，数据采集板2可以通过螺钉固定安装在单/多芯片测试板1上。

通过实现测试系统模块化，便于更换和维护、成本低、操作简便、高效率、高精度和高可靠性。

在本实施例中，所述的装置还包括设置于高低温箱4外部的控制面板，所述的控制面板通过控制温度控制系统来控制高低温箱4内的温度。

基于上述装置的实现，本实施例还提供了一种MEMS陀螺仪测试系统，包括所述的MEMS陀螺仪测试装置和上位机系统5，所述的上位机系统5接收来自数据采集板2输出的信号，进行数据的存储和分析。

在本实施例中，所述的上位机系统5包括第二数据传输接口、集线器和上位机，所述的第二数据传输接口接受来自数据采集板2输出的信号，并传送至集线器，上位机获取集线器传输的数据进行存储和分析。

具体的，上位机包括数据采集与存储软件、数据分析软件、报告生成软件。

所述的第二数据传输接口和数据采集板2的数据传输接口为网络接口、RS422接口、RS232接口、RS485接口中的任意一种；所述的集线器为与第二数据传输接口和数据采集板2的数据传输接口对应型号的集线器，包括网络集线器、RS422集线器、RS232集线器、RS485集线器。具体的，连接高低温转台外部的第二数据传输接口的集线器可根据需要更换成网络集线器、RS422集线器、RS232集线器、RS485集线器等设备，方便不同接口设备的使用和数据的传输。

所述的MEMS陀螺仪测试系统还包括设置于高低温箱4外部的电源系统6，所述的电源系统6包括直流多通道输出电源和第一电源接口；所述的单/多芯片测试板1包括第二电源接口，所述的数据采集板2包括第三电源接口，所述的第一电源接口通过电缆分别与直流多通道输出电源、第二电源接口和第三电源接口连接。

基于上述系统的实现，本实施例还提供了一种MEMS陀螺仪测试方法，包括测试步骤，如图2所示，所述的测试步骤包括：

将待测芯片安装到设置于高低温箱4内部的单/多芯片测试板1的芯片夹具上；

设置转台控制系统7的角速率参数和方向参数，以控制转台台面3的转速和方向；

设置高低温箱4的内部温度；

转台台面3带动单/多芯片测试板1按照设置的角速率和方向运动；

待测芯片的输出信号经过单/多芯片测试板1形成模拟信号输出至设置于高低温箱4内部的数据采集板2；

数据采集板2将数据进行模数转换后通过滑环传输至上位机系统5；

上位机系统5进行数据的存储和分析。

对应的，所述的方法还包括安装步骤和更换步骤；所述的安装步骤为在将待测芯片安装到设置于高低温箱4内部的单/多芯片测试板1的芯片夹具上之前，所述的安装步骤包括以下子步骤：

将单/多芯片测试板1和数据采集板2安装在转台台面3上；

通过电缆将单/多芯片测试板1、数据采集板2和上位机系统5之间连接

所述的更换步骤包括：

当需要更换单/多芯片测试板1或者数据采集板2时，关闭电源；

拆卸连接单/多芯片测试板1或者数据采集板2的电缆；

拆卸单/多芯片测试板1或者数据采集板2；

安装新的单/多芯片测试板1或者数据采集板2；

通过电缆将单/多芯片测试板1、数据采集板2和上位机系统5之间连接。

具体的，对应的测试方法实施例如下：

首先将多芯片或单芯片测试板和数据采集板2使用螺钉固定安装在高低温转台内部的转台台面3。然后将MEMS陀螺仪被测芯片安装到多芯片或单芯片测试板的芯片夹具内，再启动上位机系统5的数据采集与存储软件，再开启直流稳压电源。然后设置转台控制系统7的角速率参数来控制转台的转速（例如设置的角速率为10°/s），转台带动多芯片或单芯片测试板按设置的角速率运动，然后设置高低温箱4的内部温度（例如设置为+30℃）。同时被测芯片的输出信号经过多芯片测试板上的测试电路到达信号接口。数据采集板2经过信号接口与多芯片或单芯片测试板连接。数据采集板2采集处理被测芯片的输出信号，然后数据采集板2输出处理后的数据到数据传输和电源供电通道。然后由上位机系统5的数据采集与存储软件保存采集到的数据，同时在上位机系统5的显示器上实时观察被采集的数据。然后运行上位机系统5的数据分析软件得到需要的测试参数，再运行上位机系统5的报告生成软件得到测试报告。

例如在标度因数的测试中，设置不同的转台控制系统7的角速率参数，再用上位机系统5的数据采集与存储软件保存采集到的数据，同时在上位机系统5的显示器上实时观察被采集的数据。然后运行上位机系统5的数据分析软件得标度因数，再运行上位机系统5的报告生成软件得到标度因数测试报告。最后根据标度因数测试报告，来判断被测的MEMS陀螺仪芯片是否合格。