机械滥用引起的主要问题 - 陀螺仪的选择：其机械性能是最重要的参数

　　振动校正常常不作规定，原因可能是差得令人难堪，或者不同器件差异巨大。也有可能只是因为陀螺仪制造商不愿意测试或规定（公平地说，测试可能比较困难）。无论如何，振动校正必须引起注意，因为它无法通过加速度计进行补偿。与加速度计的响应不同，陀螺仪的输出误差会被校正。

　　改善g2敏感度的最常见策略是增加一个机械抗振件，如图4所示。图中显示的是一个从金属帽壳封装中部分移出的Panasonic汽车陀螺仪。该陀螺仪组件通过一个橡胶抗振件与金属帽壳隔离。抗振件非常难以设计，因为它在宽频率范围内的响应并不是平坦的（低频时尤其差），而且其减振特性会随着温度和使用时间而变化。与g敏感度一样，陀螺仪的振动校正响应可能会随频率变化而变化。即使能够成功设计出抗振件以衰减已知频谱下的窄带振动，此类抗振件也不适合可能存在宽频振动的通用应用。

　　

　　机械滥用引起的主要问题

　　许多应用中会发生常规性短期滥用事件，这些滥用虽然不致于损伤陀螺仪，但会产生较大误差。下面列举几个例子。

　　有些陀螺仪可以承受速率过载而不会表现异常。图5显示了Silicon Sensing CRG20陀螺仪对超出额定范围大约70%的速率输入的响应。左边的曲线显示的是旋转速率从0°/s变为500°/s再保持不变时CRS20的响应情况。右边的曲线则显示的是输入速率从500°/s降为0°/s时该器件的响应情况。当输入速率超出额定测量范围时，输出在轨到轨之间紊乱地摆动。

　　

　　图5. Silicon Sensing CRG-20对500°/s速率输入的响应

　　有些陀螺仪在经受哪怕只有数百g的冲击时，也会表现出“锁定”的倾向。例如，图6显示的是VTI SCR1100-D04在经受250 g 0.5 ms冲击时的响应情况（产生冲击的方法是让一个5 mm钢球从40 cm的高度落在陀螺仪旁边的PCB上）。陀螺仪未因冲击而损坏，但它不再响应速率输入，需要关断再上电以重新启动。这并非罕见现象，多种陀螺仪都存在类似的行为。检查拟用的陀螺仪是否能承受应用中的冲击是明智的。

　　

　　图6. VTI SCR1100-D04对250 g、0.5 ms冲击的响应

　　显然，此类误差将大得惊人。因此，必须仔细找出给定应用中可能存在哪些滥用情况，并且验证陀螺仪是否能经受得住。

　　误差预算计算

　　如上所述，多数陀螺仪应用中都存在运动或振动情况。利用上文所示的数据手册所列规格（如果没有规定振动校正特性，则使用保守的估计值），表2列出了表1所示陀螺仪在不同应用中的典型误差预算。从表3可以看出，增加g敏感度补偿方案后，虽然抗振性能提高了半个数量级（绝非易事），但振动敏感度仍然是一个远大于偏置稳定度的误差来源。

　　

　　表3. 采用g敏感度补偿的多种陀螺仪（g敏感度改善5倍）在不同振动情况下的估计误差（°/s）

　　选型新范式

　　在误差预算中，偏置稳定度是最小的分量之一，因此选择陀螺仪时，更为合理的做法是考虑将最大误差源最小化。在大多数应用中，振动敏感度是最大的误差源。然而，有时用户可能仍然希望获得比所选陀螺仪更低的噪声或更好的偏置稳定度。幸运的是，我们有办法来解决这一问题，那就是求平均值。

　　不同于设计相关的环境或振动误差，多数陀螺仪的偏置稳定度误差具有噪声特性。也就是说，不同器件的偏置稳定度是不相关的。因此，我们可以通过求取多个器件的平均值来改善偏置稳定度性能。如果对n个器件求平均值，则期望的改善幅度为√n。宽带噪声也可以通过类似的求平均值方法予以改善。

　　结束语

　　长久以来，偏置稳定度被视为陀螺仪规格的绝对标准，但在实际应用中，振动敏感度常常是限制性能的更严重因素。根据抗振能力选择陀螺仪是合理的，因为其它参数可以轻松地通过校准或对多个传感器求平均值来改善。