多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置、系统及方法与流程

多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置、系统及方法
【技术领域】
1.本发明涉及微机电系统器件的测试技术领域，尤其涉及一种多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置、系统及方法。


背景技术：

2.mems器件，是指具有微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)，且尺寸仅有几毫米乃至更小的高科技电子机械器件，其加工工艺融合了光刻、腐蚀、薄膜、liga、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工技术。目前，mems器件应用领域相当广泛，常见的产品例如mems加速度计、mems麦克风、mems光学传感器、mems压力传感器、mems陀螺仪、mems湿度传感器、mems气体传感器、mems红外热电堆传感器。对于mems的imu(惯性测量器件)，随着智能微机电器件模块集成度的提高，目前已存在一些高度集成的imu产品，例如三轴加速度计、六轴陀螺仪(三轴加速度计和三轴陀螺仪的集成)、甚至是将三轴磁传感器、三轴陀螺仪及三轴加速度计集成在一起，构成九轴惯性测量器件，集成封装在一个mems框架中。目前的测试系统对于九轴的惯性测量器件进行测试时，只能够分阶段、分模块、采用不同设备地对内部的功能单元(磁功能单元、加速度功能单元和陀螺仪功能单元)分别进行测试，这样的测试系统及测试方法存在测试时间长，设备成本高，操作繁琐、测试效率低等缺点，而且无法高效可靠地应用在多轴集成mems惯性器件(例如九轴imu)产品的量产测试。
3.因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一在于提供一种多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置、系统及方法，其可以实现多轴(例如九轴)集成mems惯性器件的高效可靠量产测试。
5.根据本发明的一个方面，本发明提供一种多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置，其包括：磁场产生器，其受控在预定空间产生磁场h；两轴转台，其放置于所述预定空间内，所述两轴转台包括转盘、第一转轴和第二转轴，其中，所述转盘固定于所述第一转轴的一端，所述第二转轴与所述第一转轴正交，所述第一转轴受控转动时带动所述转盘同步转动；所述第二转轴受控转动时带动所述第一转轴和所述转盘以所述第二转轴为中心轴同步周向运动。
6.根据本发明的另一个方面，本发明提供一种多轴集成的微机电系统惯性器件测试系统，其包括测试板和多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置，所述测试板固定于所述转盘上，且所述测试板的表面与所述第一转轴垂直；所述测试板用于放置若干待测惯性器件。其中，多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置包括：磁场产生器，其受控在预定空间产生磁场h；两轴转台，其放置于所述预定空间内，所述两轴转台包括转盘、第一转轴和第二转轴，其中，所述转盘固定于所述第一转轴的一端，所述第二转轴与所述第一转轴正交，所述第一转轴受控转动时带动所述转盘同步转动；所述第二转轴受控转动时带动所述第一转轴和所述转盘以所述第二转轴为中心轴同步周向运动。
7.根据本发明的另一个方面，本发明提供一种多轴集成的微机电系统惯性器件量产测试系统的测试方法，其包括如下步骤：
8.步骤1：将所述若干待测惯性器件装载于所述测试板内，将所述测试板固定在所述转盘的表面，所述测试板位于第一位置并指向第一方位，所述上位机设定所述磁场产生器在预定空间产生的磁场h为0gauss，此时，所述上位机与所述测试板通信，以读取所述待测惯性器件内加速度计的z轴负方向的实测加速度accz-，其中，所述测试板位于所述第一位置并指向第一方位时，所述第一转轴竖直放置，所述测试板水平放置，所述测试板位于所述第一转轴的正上方，且z轴的正方向竖直向上，y轴的正方向与所述磁场h的正方向一致；
9.步骤2：所述测试板位于第一位置并指向第一方位，且所述上位机设定所述磁场产生器在预定空间产生的磁场h为正向的预定磁场值，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内磁传感器的y轴正向实测磁场值mag
y+
；而后，所述上位机设定所述磁场产生器在预定空间产生的磁场h为负向的预定磁场值，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内磁传感器的y轴负向实测磁场值mag
y-；所述上位机基于所述y轴正向实测磁场值mag
y+
和y轴负向实测磁场值mag
y-，计算所述待测惯性器件内磁传感器y轴方向灵敏度，而后重置所述磁场产生器在预定空间产生的磁场h为0guass；
10.步骤3：所述上位机控制所述两轴转台的第一转轴周向运动，使所述转盘逆时针旋转90度，从而使所述测试板由第一位置并指向第一方位移至第一位置并指向第二方位，且所述上位机设定所述磁场产生器在预定空间产生的磁场h为正向的预定磁场值，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内磁传感器的x轴正向实测磁场值mag
x+
；而后，所述上位机设定所述磁场产生器在预定空间产生的磁场h为负向的预定磁场值，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内磁传感器的x轴负向实测磁场值mag
x-；所述上位机基于x轴正向实测磁场值mag
x+
和x轴负向实测磁场值mag
x-，计算待测惯性器件内磁传感器x轴方向灵敏度，而后重置所述磁场产生器在预定空间产生的磁场h为0guass；
11.步骤4：所述上位机控制第一转轴顺时针旋转360
°
，则所述转盘以设定角速度ω顺时针旋转360
°
,此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内陀螺仪的z轴正向实测角速度gyroz
+ω
；而后，所述上位机控制第一转轴逆时针旋转360
°
，则所述转盘以设定角速度ω逆时针旋转360
°
，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内陀螺仪的z轴负向实测角速度gyroz-ω
；所述上位机基于所述z轴正向实测角速度gyroz
+ω
和z轴负向实测角速度gyroz-ω
，计算所述待测惯性器件21内陀螺仪z轴灵敏度；
12.步骤5、所述上位机控制第二转轴逆时针旋转90
°
,从而使所述测试板由第一位置并指向第二方位移至第二位置并指向第三方位，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内加速度计的x轴负方向的实测加速度accx-；
13.步骤6、所述上位机设定所述磁场产生器在预定空间产生的磁场h为正向的预定磁场值，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内磁传感器的z轴负向实测磁场值mag
z-；而后，所述上位机设定所述磁场产生器在预定空间产生的磁场h为负向的预定磁场值，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内磁传感器的z轴正向实测磁场值mag
z+
；所述上位机基于所述z轴负向实测磁场值magz-和z轴正向实测磁场值magz+，计算所述待测惯性器件内磁传感器z轴方向灵敏度，而后重置所述磁场产生器在预
定空间产生的磁场h为0guass；
14.步骤7、所述上位机控制第一转轴逆时针旋转90
°
,从而使所述测试板由第二位置并指向第三方位移至第二位置并指向第四方位，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内加速度计的y轴正方向的实测加速度accy
+
；
15.所述上位机控制第一转轴再逆时针旋转90
°
，从而使所述测试板由第二位置并指向第四方位移至第二位置并指向第五方位，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述测试板上的待测惯性器件内加速度计的x轴正方向的实测加速度accx
+
；
16.所述上位机控制第一转轴再逆时针旋转90
°
，从而使所述测试板由第二位置并指向第五方位移至第二位置并指向第六方位，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内加速度计的y轴负方向的实测加速度accy-；
17.步骤8：所述上位机控制第二转轴以设定角速度ω顺时针旋转360
°
,此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内陀螺仪的x轴正向实测角速度gyrox
+ω
；而后，所述上位机控制第二转轴以设定角速度ω逆时针旋转360
°
，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内陀螺仪的x轴负向实测角速度gyrox-ω
；所述上位机基于所述x轴正向实测角速度gyrox
+ω
和x轴负向实测角速度gyrox-ω
计算所述待测惯性器件内陀螺仪x轴灵敏度；
18.步骤9：所述上位机控制第一转轴逆时针旋转90
°
，从而使所述测试板由第二位置并指向第六方位移至第二位置并指向第七方位，所述上位机控制第二转轴以设定角速度ω顺时针旋转360
°
,此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内陀螺仪的y轴正向实测角速度gyroy
+ω
；而后，所述上位机控制第二转轴以设定角速度ω逆时针旋转360
°
,此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内陀螺仪的y轴负向实测角速度gyroy-ω
；所述上位机基于所述y轴正向实测角速度gyroy
+ω
和y轴负向实测角速度gyroy-ω
，计算所述待测惯性器件内陀螺仪y轴灵敏度；
19.步骤10、所述上位机控制第二转轴逆时针旋转90
°
，从而使所述测试板由第二位置并指向第七方位移至第三位置并指向第八方位，此时，所述上位机与测试板通信，以读取所述待测惯性器件内加速度计的z轴正方向的实测加速度accz
+
。
20.与现有技术相比，本发明以一套装置即可完成多至9轴的imu(惯性测量器件)的高效量产测试，并且可以向下兼容，完成单一功能的磁传感器产品、单一功能陀螺仪、单一功能加速度计产品的测试，并且也可根据产品集成的复杂程度，完成多轴、多功能集成mems惯性器件的组合测试，基于该量产测试装置的测试系统架构，测试时间较短，设备成本较低，适用性广，可以高效可靠地应用于多轴集成的mems惯性器件的量产测试。
【附图说明】
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
22.图1为本发明在一个实施例中的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置的结构示意图；
23.图2为本发明在一个实施例中如图1所示的测试板2的结构示意图；
24.图3为图1所示的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置的一种实施状态示意图；
25.图4为图1所示的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置的又一实施状态示意图；
26.图5为图1所示的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置的又一实施状态示意图；
27.图6为图1所示的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置的又一实施状态示意图；
28.图7为图1所示的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置的又一实施状态示意图；
29.图8为图1所示的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置的又一实施状态示意图；
30.图9为本发明在一个实施例中的多轴集成的微机电系统惯性器件测试系统的功能框图。
【具体实施方式】
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
32.此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦接”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.根据本发明的一个方面，本发明提供一种多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置。
36.请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置的结构示意图。图1所示的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置包括两轴转台11和磁场产生器12。其中，所述磁场产生器12受控在预定空间产生磁场h。两轴转台11放置于所述预定空间内，所述两轴转台11包括转盘111、第一转轴112和第二转轴113，其中，所
述转盘111固定于所述第一转轴112的一端，所述第二转轴113与所述第一转轴112正交(或垂直)，第一转轴112和第二转轴113受控转动，所述第一转轴112转动时带动所述转盘111同步转动；所述第二转轴113转动时带动所述第一转轴112和所述转盘111以所述第二转轴113为中心轴同步周向运动。
37.在图1所示的具体实施例中，所述磁场产生器12包括一对单轴线圈121，所述一对单轴线圈121相对且平行放置，该对单轴线圈121受控在该对单轴线圈121之间的空间产生磁场h，即该对单轴线圈121之间的空间为所述预定空间。
38.所述两轴转台11位于所述一对单轴线圈121之间。
39.根据本发明的另一个方面，本发明提供一种多轴集成的微机电系统惯性器件测试系统。
40.请参考图9所示，其为本发明在一个实施例中的多轴集成的微机电系统惯性器件测试系统的功能框图。图9所示的多轴集成的微机电系统惯性器件测试系统包括如图1所示的多轴集成mems(micro-electro-mechanical system，即微机电系统)惯性器件测试装置1、测试板2和上位机4。
41.测试板2可拆卸地固定于转盘111上，且所述测试板2的表面与所述第一转轴112垂直(具体参见图1所示)。所述测试板2用于放置待测惯性器件21。
42.上位机4与两轴转台11和磁场产生器12通信连接，以控制所述第一转轴112、第二转轴113和磁场产生器12有序动作；上位机4还与所述测试板2通信连接，当所述第一转轴112、第二转轴113和磁场产生器12受控有序动作时，所述上位机4还实时读取所述测试板2上的所述若干待测惯性器件21的实测数据；所述上位机4对所述待测惯性器件21的实测数据进行分析处理，以评判各个待测惯性器件21的良率。
43.需要特别说明的是，本发明中的待测惯性器件21集成有三轴磁传感器和/或三轴陀螺仪和/或三轴加速度计；待测惯性器件21的实测数据包括三轴磁传感器在xyz轴方向的实测磁场数据和/或三轴陀螺仪在xyz轴方向的实测角速度数据和/或三轴加速度计在xyz轴方向的实测加速度数据。
44.在后续的实施例中，本发明所提及的待测惯性器件21在九轴惯性器件的基础上实施(即同时集成有3轴陀螺仪、3轴加速度计及3轴磁传感器的mems器件)，但是本发明提供的待测惯性器件21可以涵盖任意以上任意一种或多种三轴产品的量产测试，有较广的适用性，在此不予赘述。
45.以下具体介绍，利用本发明提供的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置进行量产测试的测试方法。
46.为了更好的说明本发明提供的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置的工作过程，可以在所述测试板2上建立一个参考坐标系，在图1、图3-8所示的实施例中，x轴和y轴相互垂直并且定义了固定于所述转盘111上的所述测试板2所在的平面，z轴垂直于x轴和y轴所定义的平面，其中，x轴、y轴和z轴相对于所述测试板2的方位不变；所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h的方向沿水平方向；所述待测惯性器件21内的三轴磁传感器、三轴陀螺仪和三轴加速度计的方向为该参考坐标系方向。
47.step1：将若干待测惯性器件21装载于测试板2内，将测试板2固定在转盘111的表面，所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以使固定于所述转盘111上
的所述测试板2位于第一位置并指向第一方位(参照图1，得到a处的参考坐标系)，且所述上位机4设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0gauss(高斯)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取待测惯性器件21内加速度计的z轴负方向的实测加速度accz-1g
，g为重力加速度。其中，所述测试板2位于第一位置并指向第一方位时，所述第一转轴112竖直放置，所述测试板2水平放置，所述测试板2位于所述第一转轴112的正上方，且z轴的正方向竖直向上，y轴的正方向与磁场h的正方向一致。step1实质是，当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以使固定于所述转盘111上的测试板2的z轴正方向竖直向上，且设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0gauss时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的z轴负方向的实测加速度accz-。
48.step2：在图1(即所述测试板2位于第一位置并指向第一方位)，且所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，所述上位机4设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为正1gauss(或正向的预定磁场值)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内磁传感器的y轴正向实测磁场值mag
y+1g
；而后，所述上位机4设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为负1gauss(或负向的预定磁场值)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内磁传感器的y轴负向实测磁场值mag
y-1g
；所述上位机4基于y轴正向实测磁场值mag
y+1g
和y轴负向实测磁场值mag
y-1g
计算所述待测惯性器件21内磁传感器y轴方向灵敏度，而后重置所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass。step2实质是，当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以使所述测试板2上的y轴方向与所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h的方向平行，且所述上位机4设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为正向或负向的预定磁场值时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内磁传感器的y轴正向实测磁场值mag
y+
或y轴负向的实测磁场值mag
y-；
49.step3:在图1(即所述测试板2位于第一位置并指向第一方位)，且所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，所述上位机4控制两轴转台11的第一转轴112周向运动，使转盘111逆时针旋转90度，从而使所述测试板2由第一位置并指向第一方位移至第一位置并指向第二方位(参照图3，得到b处参考坐标系)，且所述上位机4设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为正1gauss(或正向的预定磁场值)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内磁传感器的x轴正向实测磁场值mag
x+1g
；而后，所述上位机4设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为负1gauss(或负向的预定磁场值)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内磁传感器的x轴负向实测磁场值mag
x-1g
；所述上位机4基于x轴正向实测磁场值mag
x+1g
和x轴负向实测磁场值mag
x-1g
，计算待测惯性器件21内磁传感器x轴方向灵敏度，而后重置所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass。其中，所述测试板2位于第一位置并指向第二方位时，所述第一转轴112竖直放置，所述测试板2水平放置，所述测试板2位于所述第一转轴112的正上方，且z轴的正方向竖直向上，x轴的正方向与磁场h的正方向一致。step3的实质是：当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以将所述测试板2上的x轴方向与所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h的方向平行，且所述上位机4设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为正向或负向的预定磁场值时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件内磁传感器的x轴正向的实测磁场值mag
x+
或x轴负向的实测磁场值
mag
x-。
50.step4:在图3(即所述测试板2位于第一位置并指向第二方位)，且所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，所述上位机4控制第一转轴112顺时针旋转360
°
，则转盘111以设定角速度ω(例如100
°
/s)顺时针旋转360
°
,此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内陀螺仪的z轴正向实测角速度gyroz
+100
°
/s
；而后，所述上位机4控制第一转轴112逆时针旋转360
°
，则转盘111以设定角速度ω(例如100
°
/s)逆时针旋转360
°
，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所待测惯性器件21内陀螺仪的z轴负向实测角速度gyroz-100
°
/s
；所述上位机4基于z轴正向实测角速度gyroz
+100
°
/s
和轴负向实测角速度gyroz-100
°
/s
，计算待测惯性器件21内陀螺仪z轴灵敏度。step4的实质是：当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以将所述测试板2上的z轴沿竖直方向，所述上位机4控制所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass，且所述上位机4控制所述第一转轴112以设定角速度ω顺时针或逆时针旋转时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内陀螺仪的z轴正向实测角速度gyroz
+ω
或z轴负向实测角速度gyroz-ω
。
51.step5：在图3(即所述测试板2位于第一位置并指向第二方位)，且所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，所述上位机4控制第二转轴113逆时针旋转90
°
,从而使所述测试板2由第一位置并指向第二方位移至第二位置并指向第三方位(参照图4，得到c处参考坐标系)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的x轴负方向的实测加速度accx-1g
g，g为重力加速度。其中，所述测试板2位于第二位置并指向第三方位时，所述第一转轴112水平放置，所述测试板2竖直放置，所述测试板2位于所述第一转轴112的左侧，且x轴的正方向竖直向上，z轴的正方向与磁场h的负方向一致。step5实质是，当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以使固定于所述转盘111上的测试板2的x轴正方向竖直向上，且所述上位机设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0gauss时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的x轴负方向的实测加速度accx-。
52.step6：在图4(即所述测试板2位于第二位置并指向第三方位)，且所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，所述上位机4设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为正1gauss(或正向的预定磁场值)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内磁传感器的z轴负向实测磁场值mag
z-1g
；而后，所述上位机4设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为负1gauss(或负向的预定磁场值)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内磁传感器的z轴正向实测磁场值mag
z+1g
；所述上位机4基于z轴负向实测磁场值mag
z-1g
和z轴正向实测磁场值mag
z+1g
，计算所述待测惯性器件21内磁传感器z轴方向灵敏度，而后重置所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass。step6的实质是：当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以将所述测试板2上的z轴方向与所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h的方向平行，且所述上位机4设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为正向或负向的预定磁场值时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内磁传感器的z轴负向实测磁场值mag
z-/或z轴正向的实测磁场值mag
z+
。
53.step7：在图4(即所述测试板2位于第二位置并指向第三方位)，且所述磁场产生器
12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，所述上位机4控制第一转轴112逆时针旋转90
°
,从而使所述测试板2由第二位置并指向第三方位(参照图4，得到c处参考坐标系)移至第二位置并指向第四方位(参照图5，得到d处参考坐标系)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的y轴正方向的实测加速度accy
+1g
，g为重力加速度。其中，所述测试板2位于第二位置并指向第四方位时，所述第一转轴112水平放置，所述测试板2竖直放置，所述测试板2位于所述第一转轴112的左侧，且y轴的正方向竖直向下，z轴的正方向与磁场h的负方向一致。其实质是，当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以使固定于所述转盘111上的测试板2的y轴正方向竖直向下，且设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0gauss时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的y轴正方向的实测加速度accy
+
。
54.在图5(即所述测试板2位于第二位置并指向第四方位)，且所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，，所述上位机4控制第一转轴112再逆时针旋转90
°
，从而使所述测试板2由第二位置并指向第四方位(参照图5，得到d处参考坐标系)移至第二位置并指向第五方位(参照图6，得到e处参考坐标系)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的x轴正方向的实测加速度accx
+1g
，g为重力加速度。其中，所述测试板2位于第二位置并指向第五方位时，所述第一转轴112水平放置，所述测试板2竖直放置，所述测试板2位于所述第一转轴112的左侧，且x轴的正方向竖直向下，z轴的正方向与磁场h的负方向一致。其实质是，当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以使固定于所述转盘111上的测试板2的x轴正方向竖直向下，且设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0gauss时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的x轴正方向的实测加速度accx
+
。
55.在图6(即所述测试板2位于第二位置并指向第五方位)，且所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，所述上位机4控制第一转轴112再逆时针旋转90
°
，从而使所述测试板2由第二位置并指向第五方位(参照图6，得到e处参考坐标系)移至第二位置并指向第六方位(参照图7，得到f处参考坐标系)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的y轴负方向的实测加速度accy-1g
，g为重力加速度。其中，所述测试板2位于第二位置并指向第六方位时，所述第一转轴112水平放置，所述测试板2竖直放置，所述测试板2位于所述第一转轴112的左侧，且y轴的正方向竖直向上，z轴的正方向与磁场h的负方向一致。其实质是，当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以使固定于所述转盘111上的测试板2的y轴正方向竖直向上，且设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0gauss时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的y轴负方向的实测加速度accy-。
56.step8：在图7(即所述测试板2位于第二位置并指向第六方位)，且所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，所述上位机4控制第二转轴113以设定角速度ω(例如100
°
/s)顺时针旋转360
°
,此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内陀螺仪的x轴正向实测角速度gyrox
+100
°
/s
；而后，所述上位机4控制第二转轴113以设定角速度ω(例如100
°
/s)逆时针旋转360
°
,此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内陀螺仪的x轴负向实测角速度gyrox-100
°
/s
；所述上位机4基于所述x轴正向实测角速度gyrox
+100
°
/s
和x轴负向实测角速度gyrox-100
°
/s
计算所述待测惯性器件21
内陀螺仪x轴灵敏度。step8的实质是：当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以使固定于所述转盘111上的测试板2上的x轴与第二转轴113相平行，所述上位机4控制所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass，且所述上位机4控制所述第二转轴113以设定角速度ω顺时针或逆时针旋转时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件内陀螺仪的x轴正向实测角速度gyrox
+ω
或x轴负向实测角速度gyrox-ω
；
57.step9：在图7(即所述测试板2位于第二位置并指向第六方位)，且所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，，所述上位机4控制第一转轴112逆时针旋转90
°
，从而使所述测试板2由第二位置并指向第六方位(参照图7，得到f处参考坐标系)移至第二位置并指向第七方位(参照图8，得到g处参考坐标系)，所述上位机4控制第二转轴113以设定角速度ω(例如100
°
/s)顺时针旋转360
°
,此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内陀螺仪的y轴正向实测角速度gyroy
+100
°
/s
；而后，所述上位机4控制第二转轴113以设定角速度ω(例如100
°
/s)逆时针旋转360
°
,此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述测试板2上的待测惯性器件21内陀螺仪的y轴负向实测角速度gyroy-100
°
/s
；所述上位机4基于所述y轴正向实测角速度gyroy
+100
°
/s
和y轴负向实测角速度gyroy-100
°
/s
，计算所述待测惯性器件21内陀螺仪y轴灵敏度。其中，所述测试板2位于第二位置并指向第七方位时，所述第一转轴112水平放置，所述测试板2竖直放置，所述测试板2位于所述第一转轴112的左侧，且x轴的正方向竖直向上，z轴的正方向与磁场h的负方向一致。step9的实质是：当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以使所述测试板2上的y轴与第二转轴113相平行，所述上位机4控制所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass，且所述测试板2控制所述第二转轴113以设定角速度ω顺时针或逆时针旋转时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述测试板2上的待测惯性器件内陀螺仪的y轴正向实测角速度gyroy
+ω
或y轴负向实测角速度gyroy-ω
。
58.step10：在图8的g处(即所述测试板2位于第二位置并指向第七方位)，且所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0guass的基础上，所述上位机4控制第二转轴113逆时针旋转90
°
从而使所述测试板2由第二位置并指向第七方位(参照图8，得到g处参考坐标系)移至第三位置并指向第八方位(参照图8，得到h处参考坐标系)，此时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的z轴正方向的实测加速度accz
+1g
，g为重力加速度。其中，所述测试板2位于第三位置并指向第八方位时，所述第一转轴112竖直放置，所述测试板2水平放置，所述测试板2位于所述第一转轴112的正下方，且z轴的正方向竖直向下，x轴的正方向与磁场h的负方向一致。step10的实质是，当所述上位机4通过控制第一转轴112和/或第二转轴113转动以使固定于所述测试板2上的z轴正方向竖直向下，且设定所述磁场产生器12在预定空间产生的磁场h为0gauss时，所述上位机4与测试板2通信，以读取所述待测惯性器件21内加速度计的z轴正方向的实测加速度accz
+
。
59.由上述step1-step10，得到了待测惯性器件21内的三轴磁传感器xyz轴方向的实测磁场数据magx-1g、magy-1g、magz-1g、magx
+1g
、magy
+1g
、magz
+1g
；三轴陀螺仪xyz轴方向的实测角速度数据，gyrox
+100
°
/s gyroy
+100
°
/s
、gyroz
+100
°
/s gyrox-100
°
/s
、gyroy-100
°
/s gyroz-100
°
/s
；三轴加速度计xyz轴方向的实测加速度数据accx-1g
、accy-1g
、accz-1g
、accx
+1g
、accy
+1g
和accz
+1g
；通过运算可以得到各个待测惯性器件关键指标，如灵敏度sensitivity来评判量产良率。
60.其中，磁传感器x\y\z灵敏度计算方式：sen_magx\y\z＝(magx\y\z
+1g-magx\y\z-1g
)/2；陀螺仪x\y\z灵敏度计算方式：sen_gyrox\y\z＝(gyrox\y\z
+100
°
/s-gyrox\y\z-100
°
/s
)/200；加速度计x\y\z灵敏度计算方式：sen_accx\y\z＝(accx\y\z
+1g-accx\y\z-1g
)/2。
61.请参考图2所示，其为本发明在一个实施例中如图1所示的测试板2的结构示意图。
62.其中，待测惯性器件21可以通过焊接的方式焊接在测试板2的预留位置上，在图2所示的具体实施例中，在测试板2上设置有固定的socket(即插座)，socket内有若干个site，待测惯性器件21放置于site中，从而方便装取若干个待测惯性器件21，提高测试系统的复用性和效率。也就是说，socket(即插座)设置于测试板2上，socket(即插座)用于可拆卸地插接待测惯性器件21，当待测惯性器件21插接在socket(即插座)中时，待测惯性器件21和测试板2产生电连接。待测惯性器件21放置在socket(即插座)内的状态在图2未示出，但这是本领域技术人员所理解的，在此不予赘述。
63.当一组待测惯性器件21测量完成后，可以将测试板2上的待测惯性器件21(socket内有若干个site，待测惯性器件21放置于site中，可通过测试板2与外部控制器(例如，上位机4)建立通信连接)拾取下来，更换新的待测惯性器件21，进行新一轮的测试。本发明实施例中，优选地，参照图2，在测试板2的中心处设置有一参考惯性器件22，优选焊接于测试板2的表面中心。
64.测试板2预留有与外部控制器(例如，上位机4)通信的通信接口，通信接口包括参考惯性器件22的通信接口及待测惯性器件21的通信接口。参考惯性器件22在量产测试中一般不予更换，在测试的过程中，其信号(或实测数据)和待测惯性器件21的信号(或实测数据)一起实时传递给外部控制器(例如，上位机4)，为待测惯性器件21提供旋转时的角速度参考(如遇工况波动时，可以根据测试板2上的参考惯性器件22的曲线特性来提取待测惯性器件21的实测数据的平稳区间数据进行灵敏度参数的计算)，从而提升角速度灵敏度计算时的准确性，提升测试结果的可靠性。
65.请继续参考图9所示，图9所示的多轴集成的微机电系统惯性器件测试系统除包括如图1所示的多轴集成mems(micro-electro-mechanical system，即微机电系统)惯性器件测试装置1、测试板2和上位机4以外，还包括待测样品圆片3和良品载带5。
66.待测样品圆片3又称晶圆，其基板上粘合有若干个待测惯性器件21，测试板2用来接收从待测样品圆片3上拾取下来的若干个待测惯性器件21，以便于后续流程的测试，在本系统中，可以通过人工或机械手等智能设备从待测样品圆片3上拾取待测惯性器件21，装载至测试板2中，测试板2可以通过人工或自动化机械手的方式固定在多轴集成mems惯性器件测量装置1的转盘111表面(参照图1-图8)，测试板2和上位机4通信连接，上位机4和多轴集成mems惯性器件测试装置1通信连接，通过上位机4控制多轴集成mems惯性器件测试装置1的第一转轴112、第二转轴113和单轴线圈121连续有序动作(动作流程参照step1至step10)，可实现三轴磁传感数据和/或三轴陀螺仪数据和/或三轴加速度数据的获取，最高可实现本实施例中九轴集成待测惯性器件21(3轴磁传感器+3轴陀螺仪+3轴加速度计)的高效量产测试，上位机4在控制两轴转台11及单轴线圈121动作的同时，还实时与测试板2通信，接收若干个待测惯性器件21的实测数据，并基于实时接收的数据分析处理(包括但不限于计算灵敏度指标)来得到待测惯性器件21的良率，以可视化pass或fail的方式显示出良
品在测试板2中的位置，便于人工挑出良品，或者，上位机4连接智能机械设备，控制其自动将特定位置中的良品器件取出，送至良品载带5完成良品装载。
67.综上所述，本发明提供的多轴集成的微机电系统惯性器件测试装置、系统及方法，以一套装置即可完成多至9轴的imu(惯性测量器件)(或待测惯性器件21)的高效量产测试，并且可以向下兼容，完成单一功能的磁传感器产品、单一功能陀螺仪、单一功能加速度计产品的测试，并且也可根据产品集成的复杂程度，完成多轴、多功能集成mems惯性器件(或待测惯性器件21)的组合测试，基于该量产测试装置的测试系统架构，测试时间较短，设备成本较低，适用性广，可以高效可靠地应用于多轴集成的mems惯性器件(或待测惯性器件21)的量产测试。
68.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
69.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。