Анализ выходных данных гироскопа

Для того, что бы перейти к оцифровке сигнала гироскопа, сначала нужно: определить его диапазон угловых скоростей, зависимость между угловыми скоростями и напряжением, частотный диапазон выходных сигналов гироскопа, вычислить уровень шумов по напряжению в полосе частотного диапазона, вычислить уровень шумов по напряжению в полосе до 50 Гц и определить динамический диапазон выходных сигналов.

Диапазон угловых скоростей – это характеристика гироскопа, которая не зависит от внешних факторов, определяется изготовителем и описана в техническом описании. Предел диапазона измерений INL-CVG-G200 по осям 1 или 2, составляет [1]:

|Ω1| ≤ 95°/с;

|Ω2| ≤ 95°/с.

Модель погрешности выходных данных для каждой оси INL-CVG-G200 выглядит следующим образом:

U1=МК1×(K01+Ω1+α1+ Ω1t); (2.1)

U2=МК2×(K02+Ω2+α2+ Ω2t). (2.2)

В таблице 1 показаны параметры модели погрешности.

Таблица 1 – Параметры модели погрешности.

Параметр	Единица измерения	Описание
U1	В	Вывод по оси 1
МК1, МК2	В/(°/с)	Масштабный коэффициент по оси 1 и 2
K01, K02	°/с	Ошибка смещения нуля по оси 1 и 2
Ω1, Ω2	°/с	Входное вращение по осям 1 и 2
Ω1t, Ω2t	°/с	Вращения, перпендикулярные осям 1 и 2
α1, α2	радиан	Погрешность выставки по оси 1 и 2

Погрешность масштабного коэффициента рассчитывается по формуле (3) и (4):

МК1 = МК1 ׳ ×(1+ ε1); (2.3)

МК2 = МК2 ׳ ×(1+ ε2). (2.4)

Где: MK1 ׳ и MK2 ׳ – номинальное значение масштабного коэффициента, которое для дифференциального режима равно: 0,064 В/(°/с). ε1 и ε1 – это погрешности масштабного коэффициента, которые равны 1500ppm.

Подставляя данные в формулы (3) и (4) получим значение погрешности масштабного коэффициента:

МК1 = 0,064096 В/(°/с);

МК2 = 0,064096 В/(°/с).

Ошибка смещения нуля по оси 1 и 2 равна:

K01 = 2,7∙10^-5 °/с;

K02 = 2,7∙10^-5 °/с.

Вращения, перпендикулярные осям 1 и 2 равны:

Ω1t = 2,2∙10^-5 °/с;

Ω1t = 2,2∙10^-5 °/с.

Погрешность выставки по оси 1 и 2 равна:

α2 <8мрад;

α2 <8мрад.

Можно посчитать общую погрешность выходных данных для оси 1 и 2, подставляя значение рассчитанных погрешностей в формулу (2.3) и (2.4):

U1 = 0.064∙(0,000027+ 0,000022+0,008+ Ω1);

U2 = 0.064∙(0,000027+ 0,000022+0,008+ Ω2).

При изменении входного вращения по осям 1 и 2 на 1 °/с, выходные данные будут равны:

U1 = 0,06451 В;

U2 = 0,06451 В.

Как видно из расчетов, выходное напряжение имеет отклонение от масштабного коэффициента в 500 мкВ. Полученное значение на порядок меньше единичного вращения по оси, поэтому им можно пренебречь.

В итоге получим зависимость между угловой скоростью и напряжением для дифференциального режима:

U_вых = MK× Ω ×1,008. (2.5)

Частотная характеристика

Частотная характеристика |U1/ Ω1| гироскопа INL-CVG-G200 по оси 1 или |U2/ Ω2| по оси 2 является следующей:

|АЧХ| ≤ ±0,5 дБ до 10 Гц;

АЧХ ≤ 6 дБ около 150 Гц (полоса пропускания);

АЧХ ≤ -3 дБ при частотах ≥ 300 Гц (частота среза);

|фазовая задержка| ≥ 90° при частотах ≥ 130 Гц.