Drift giroscopi

Alimentazione: 5,10 V Velocità angolare: 0 °/s - *mica tanto, la terra gira!*

Ho misurato la tensione di uscita: 2,64 V (in realtà l'accuratezza è migliore dal momento che visualizzavo il segnale anche su un'oscilloscopio. Ragionevolmente supponiamola pari proprio alla sensibilità, ovvero ± 5 mV).

-- Questa non l'ho capita! Sensibilità e accuratezza non c'entrano una cippa l'una con l'altra. Visto che la misura l'hai fatta con un oscilloscopio direi che l'accuratezza potrebbe essere intorno a una cinquantina di mV.

--

Si legge comunemente invece che il BD (Bias Drift) dei giroscopi MEMS è ben superiore ai 10°/h (quindi avrei dovuto leggere una tensione diversa di almeno 600 mV). Non mi torna però l'unità di misura: perché il BD è misurato in °/h? Mi sarei aspettato in °/s/h visto che un drift sul bias "inganna" facendo pensare alla presenza di una velocità angolare.

-- Il BD dovrebbe essere l'errore di misura dell'angolo corrispondente all'errore di zero del sensore. Per esempio se il tuo sensore ha un errore di zero di 1°/s (corrispondente a 5mV di uscita) dopo 10 s hai un "errore di rotta" di 10°.

Grazie! Marco / iw2nzm

Un bel giorno snipped-for-privacy@gmail.com digitò:

No, perché probabilmente la temperatura è rimasta più o meno costante, e l'offset di uscita di un giroscopio MEMS dipende in massima parte dalla temperatura.

Mi sembra che nel documento si riferiscano semplicemente alla precisione dello zero. In altre parole quando dicono che un giroscopio MEMS ha un "bias drift" diciamo di 100 °/h, significa soltanto che all'interno del range di funzionamento il dispositivo fermo può generare un segnale che corrisponde a velocità angolari che vanno da -50 a +50 °/h.

Nel caso di questo giroscopio ad esempio hai una tensione di offset che può variare fra 2.3 e 2.7 V in base alla temperatura. Dato che la sensibilità del giroscopio è di 5 mV/°/s, un delta di 0.4 V corrisponde a 80 °/s, ossia

288000 °/h. E' quindi ovvio che per usare questo tipo di giroscopi per misure assolute di angoli (integrazione della velocità angolare) è necessario termostatarli, oppure compensarli in temperatura (ma non sempre il produttore fornisce le formule di calibrazione).

--
emboliaschizoide.splinder.com

pa

Le ho solo paragonate in termini quantitativi. L'idea era: se riesco ad avere un'accuratezza di 5 mV (che "casualmente" =E8 anche la sensibilit=E0 del gyro per =B0/s) posso valutare errori dell'ordine di 1 = =B0/ s=2E

Anche ammettendo che sia cos=EC alta non mi tornano i conti che avevo fatto nel post precedente (probabilmente sbagliati).

re di

Ecco, =E8 qui che mi perdo. Prima cosa, come ho detto prima nel datasheet non ho trovato questo dato: a mio avviso =E8 fondamentale per usare correttamente il componente. Inoltre stiamo parlando di un giroscopio non di una girobussola, per cui ha senso parlare di errore di rotta? Il segnale fornito dall'ADXRS 300 =E8 proporzionale alla velocit=E0 angolare. Se impostassi un riferimento e integrassi il segnale allora potrei avere l'errore di rotta come tu dici.

Ma parlando della semplice acquisizione un cambiamento del valore di zero (ovvero della tensione a giroscopio fermo) viene interpretato come una rotazione. Mi spiego: se a riposo leggo 2,50 V e a un certo punto leggo 2,51 V non ho modo di capire se si tratta di una rotazione di 2=B0/s oppure di un drift del bias.

Infine, come si spiega che in 12 ore non ho rilevato un cambiamento del bias stando al fatto che i MEMS dovrebbero avere enormi variazioni sul valore di zero?

Ciao! Marco / iw2nzm

Ok. Ma quindi il moto di precessione (a cui sono soggetti i giroscopi meccanici) non centra una cippa?

Questo sempre in funzione della temperatura, unica variabile in gioco se ho ben capito. Stiamo quindi parlando di un temperature bias drift.

Ora è chiaro. Infatti sul datasheet non ci sono i grafici o le equazioni Vbias vs Temperatura, proverò a richiederli alla Analog altrimenti mi tocca termostatare.

Ultima domanda: perché dici che la termostatazione è necessaria solo per misure assolute di angoli? Anche nel caso volessi semplicemente acquisire la velocità angolare (quindi senza integrazione) ugualmente sarei soggetto a errori visto che non so più dove è finito lo zero. O sbaglio?

Ciao e grazie! Marco / iw2nzm

Adesso ti spiego le cose in modo complicato, e siccome sono di fretta non riesco a spiegarti tutto, così capirai ancora meno! :-)

Esatto, ma non solo: facciamo l'esempio con la tua misura Vu =2,64 V. A che velocità angolare corrisponde? Dal datasheet il tuo accelerometro ha un offset tipico (nominale) Vos = 2,5 V e una sensibilità nominale S = 5 mV/(°/s), quindi

w = (2,64 V-2,5 V)/ (5*10^-3 V/(°/s)) = 28 °/s. (1)

Questo è il valore da te misurato della velocità angolare. Quanto vale, però, l'incertezza di questa misura? Come hai giustamente intuito, il fatto di non sapere bene dov'è lo zero causa qualche problema. Ma anche la sensibilità è nota solo con un certa incertezza, e pure la tensione Vu!

In base al datasheet possiamo prendere come incertezza di Vos il valore u(Vos) = 0,2 V (qui ci sarebbe da fare ancora qualche precisazione ma la cosa verrebbe un po' troppo lunga) e come incertezza di S il valore u(S) =

0,4 °/s. L'incertezza di Vu la stimo a occhio intorno ai 50 mV, u(Vu) = 50mV. Ora supponiamo di poter trattare queste incertezze come delle deviazioni di variabili casuali - si fa proprio così per motivi che magari spiego un'altra volta - e supponiamo queste variabili casuali scorrelate (questa è discutibile per S e Vos, ma non voglio fare notte), l'incertezza di w può essere determinata a partire da queste incertezze e sulla base dell'equazione (1), come

u(w) = 1/S*sqrt( u(Vu)^2 + u(Vos)^2 + (Vu-Vos)^2*u(S)^2/S^2) = 40 °/s.

Quindi la velocità angolare che stai misurando è con buona probabilità compresa tra -12 °/s e 68 °/s.

Ciao!

Un bel giorno Marco Trapanese digitò:

Non possedendo parti rotanti, non credo che i giroscopi MEMS siano soggetti in qualche modo a questo fenomeno.

E' vero, però in molte applicazioni può essere accettabile avere un errore assoluto di velocità di qualche grado al secondo. Se invece devi misurare un angolo assoluto, hai bisogno di una notevole precisione a prescindere dall'applicazione (anche un grado al secondo di errore significa che dopo 6 minuti hai fatto tutto il giro); per mitigare il problema si può utilizzare un filtro passa-alto (con frequenza molto bassa, centesimi di Hz) per eliminare le derive dell'offset, ma il drift di temperatura influenza anche la sensibilità del giroscopio, quindi potrebbe non essere sufficiente.

--
emboliaschizoide.splinder.com

Ciao! Grazie della spiegazione. In effetti se usi la propagazione delle incertezze il risultato finale è delirante :o)

Però credo anche che siano state sovrastimate le incertezze.... altrimenti sarebbe davvero inusabile! Vedo di rifare i conti con delle stime più realistiche!

Marco / iw2nzm

Questa è una soluzione interessante! Proverò a fare delle simulazioni e vedere come si comporta.

Ciao e grazie Marco / iw2nzm

Una stima un po' più realistica delle incertezze può essere fatta così: il costruttore specifica per l'offset iniziale il valore 2,5 V +/- 0,2 V. Se si assume che la distribuzione dei valori sia approssimativamente gaussiana, in mancanza di altre informazioni è un'assunzione plausibile, e che gli estremi dati dal costruttore coprano la quasi totalità dei campioni misurati, si può prendere u(Vos) = 0,2/3 V. Analogamente per la sensibilità. L'incertezza della velocità angolare dovrebbe essere all'incirca di una quindicina di gradi al secondo.

No, non è inusabile: l'incertezza maggiore deriva dall'incertezza dello zero; una taratura ad un punto vicino allo zero ti permetterebbe di ridurre molto tale incertezza.

Ciao