本發(fā)明涉及一種MEMS陀螺儀測試裝置、系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

科氏力即科里奧利力（Coriolis force），是對旋轉(zhuǎn)體系中進行直線運動的質(zhì)點由于慣性相對于旋轉(zhuǎn)體系產(chǎn)生的直線運動的偏移的一種描述。旋轉(zhuǎn)中的陀螺儀會對各種形式的直線運動產(chǎn)生反映，通過記錄陀螺儀部件受到的科里奧利力可以進行運動的測量與控制。

MEMS陀螺儀在對體積小、重量輕、低功耗、可靠性高、安裝容易、維護成本低、抗振動、抗沖擊的組合導航、虛擬現(xiàn)實、手機、無人機、機器人等領(lǐng)域大量使用。然而，光纖陀螺、激光陀螺等傳統(tǒng)陀螺儀由于體積大、重量重、功耗高、安裝復雜、維護成本高等缺點，正受到來自MEMS陀螺儀的市場沖擊。生產(chǎn)廠家重視MEMS陀螺儀的出廠質(zhì)量，在出廠前對MEMS陀螺儀進行大量測試，保證出廠產(chǎn)品的質(zhì)量。

申請?zhí)枮镃N201020181149.1的實用新型專利公開了一種雙軸轉(zhuǎn)臺的MEMS陀螺測試系統(tǒng)，將帶高低溫箱的雙軸轉(zhuǎn)臺和MEMS陀螺傳感器測試單元結(jié)合起來，組成一種全自動的MEMS陀螺綜合測試系統(tǒng)，溫箱為MEMS陀螺測試提供溫度環(huán)境條件，溫度控制范圍為-55℃～+120℃，保證測試項目更全，以便在各個溫度下對MEMS 陀螺進行從標定，以增加其標定的準確性，從而解決了MEMS陀螺測試要求的高速率、測試溫控要求等問題，提高了測試效率。然而該發(fā)明專利具有以下缺點：（1）該測試系統(tǒng)的測試方法是將高低溫箱內(nèi)的被測模擬信號通過轉(zhuǎn)臺的滑環(huán)輸出到外部的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，這種方法會在被測信號里引入大的干擾信號，降低了有用信號的信噪比，導致測試結(jié)果誤差大、精度低，不能得到真實的測量結(jié)果；（2）該測試系統(tǒng)的安裝MEMS陀螺的方式為在工作臺面上沿軸線對稱安裝MEMS陀螺，當工作臺面出現(xiàn)故障導致無法正確獲取數(shù)據(jù)時，不方便更換；（3）該測試系統(tǒng)無法實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)傳輸，同時無法根據(jù)上位機的型號更換適應的線路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種MEMS陀螺儀測試裝置、系統(tǒng)和方法，解決現(xiàn)有技術(shù)將高低溫箱內(nèi)的被測模擬信號通過轉(zhuǎn)臺的滑環(huán)輸出到外部的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，會在被測信號里引入大的干擾信號，降低了有用信號的信噪比，導致測試結(jié)果誤差大、精度低，不能得到真實的測量結(jié)果的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種MEMS陀螺儀測試裝置，所述的高低溫箱內(nèi)部設(shè)置有轉(zhuǎn)臺臺面、溫度控制系統(tǒng)、滑環(huán)和單/多芯片測試板，所述的高低溫箱的外部設(shè)置有驅(qū)動電機和轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，所述的轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)通過驅(qū)動電機控制轉(zhuǎn)臺臺面的轉(zhuǎn)動方向和速率，所述的單/多芯片測試板安裝在轉(zhuǎn)臺臺面上，所述的單/多芯片測試板上設(shè)置有芯片夾具，所述的溫度控制系統(tǒng)控制高低溫箱內(nèi)部的溫度；所述的高低溫箱內(nèi)部還設(shè)置有數(shù)據(jù)采集板，數(shù)據(jù)采集板安裝在轉(zhuǎn)臺臺面上；所述的數(shù)據(jù)采集板接收來自單/多芯片測試板的模擬輸出信號，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過滑環(huán)輸出至高低溫箱外部。

所述的單/多芯片測試板包括芯片夾具、測試電路和第一信號接口，待測芯片安裝于芯片夾具上，待測芯片的輸出信號經(jīng)過測試電路到達第一信號接口；所述的數(shù)據(jù)采集板包括第二信號接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第一數(shù)據(jù)傳輸接口，所述的第二信號接口與第一信號接口通過電纜連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號通過第一數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送出去。

所述的單/多芯片測試板和數(shù)據(jù)采集板通過螺釘固定安裝在轉(zhuǎn)臺臺面。

所述的裝置還包括設(shè)置于高低溫箱外部的控制面板，所述的控制面板通過控制溫度控制系統(tǒng)來控制高低溫箱內(nèi)的溫度。

一種MEMS陀螺儀測試系統(tǒng)，包括所述的MEMS陀螺儀測試裝置和上位機系統(tǒng)，所述的上位機系統(tǒng)接收來自數(shù)據(jù)采集板輸出的信號，進行數(shù)據(jù)的存儲和分析。

所述的上位機系統(tǒng)包括第二數(shù)據(jù)傳輸接口、集線器和上位機，所述的第二數(shù)據(jù)傳輸接口接受來自數(shù)據(jù)采集板輸出的信號，并傳送至集線器，上位機獲取集線器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行存儲和分析。

所述的第二數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)據(jù)采集板的數(shù)據(jù)傳輸接口為網(wǎng)絡(luò)接口、RS422接口、RS232接口、RS485接口中的任意一種；所述的集線器為與第二數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)據(jù)采集板的數(shù)據(jù)傳輸接口對應型號的集線器，包括網(wǎng)絡(luò)集線器、RS422集線器、RS232集線器、RS485集線器。

所述的MEMS陀螺儀測試系統(tǒng)還包括設(shè)置于高低溫箱外部的電源系統(tǒng)，所述的電源系統(tǒng)包括直流多通道輸出電源和第一電源接口；所述的單/多芯片測試板包括第二電源接口，所述的數(shù)據(jù)采集板包括第三電源接口，所述的第一電源接口通過電纜分別與直流多通道輸出電源、第二電源接口和第三電源接口連接。

一種MEMS陀螺儀測試方法，包括測試步驟，所述的測試步驟包括：

將待測芯片安裝到設(shè)置于高低溫箱內(nèi)部的單/多芯片測試板的芯片夾具上；

設(shè)置轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的角速率參數(shù)和方向參數(shù)，以控制轉(zhuǎn)臺臺面的轉(zhuǎn)速和方向；

設(shè)置高低溫箱的內(nèi)部溫度；

轉(zhuǎn)臺臺面帶動單/多芯片測試板按照設(shè)置的角速率和方向運動；

待測芯片的輸出信號經(jīng)過單/多芯片測試板形成模擬信號輸出至設(shè)置于高低溫箱內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集板；

數(shù)據(jù)采集板將數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過滑環(huán)傳輸至上位機系統(tǒng)；

上位機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的存儲和分析。

所述的方法還包括安裝步驟和更換步驟；所述的安裝步驟為在將待測芯片安裝到設(shè)置于高低溫箱內(nèi)部的單/多芯片測試板的芯片夾具上之前，所述的安裝步驟包括以下子步驟：

將單/多芯片測試板和數(shù)據(jù)采集板安裝在轉(zhuǎn)臺臺面上；

通過電纜將單/多芯片測試板、數(shù)據(jù)采集板和上位機系統(tǒng)之間連接

所述的更換步驟包括：

當需要更換單/多芯片測試板或者數(shù)據(jù)采集板時，關(guān)閉電源；

拆卸連接單/多芯片測試板或者數(shù)據(jù)采集板的電纜；

拆卸單/多芯片測試板或者數(shù)據(jù)采集板；

安裝新的單/多芯片測試板或者數(shù)據(jù)采集板；

通過電纜將單/多芯片測試板、數(shù)據(jù)采集板和上位機系統(tǒng)之間連接。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）為了提高抗干擾能力、提高信噪比、提高測量精度，最終測量得到真實可靠的測量結(jié)果，本發(fā)明在高低溫箱內(nèi)部設(shè)置數(shù)據(jù)采集板，通過先將被測的單/多芯片的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過滑環(huán)傳輸?shù)缴衔粰C電腦，最終獲得誤差小、精度高、真實可靠的測量結(jié)果。

（2）本發(fā)明實現(xiàn)了測試系統(tǒng)模塊化，便于更換和維護、成本低、操作簡便、高效率、高精度和高可靠性：具體的，通過在單/多芯片測試板、數(shù)據(jù)采集板、上位機系統(tǒng)、電源系統(tǒng)設(shè)置多個通過電纜連接的接口，以及通過單/多芯片測試板和數(shù)據(jù)采集板可通過螺釘固定安裝在轉(zhuǎn)臺臺面兩種方式，在即使出現(xiàn)故障的情況下，也可憑借接口方便拆卸以及單/多芯片測試板和數(shù)據(jù)采集板方便拆卸的優(yōu)點，實現(xiàn)方便更換。

（3）通過高低溫箱外部的控制面板，實現(xiàn)方便與快速控制高低溫箱內(nèi)的溫度。

（4）上位機系統(tǒng)中設(shè)置有集線器，對接收到的信號進行再生整形放大，實現(xiàn)測試系統(tǒng)的遠傳輸距離數(shù)據(jù)傳輸。

（5）根據(jù)不同的上位機系統(tǒng)，可選擇不同的型號的數(shù)據(jù)傳輸接口（選擇不同型號的數(shù)據(jù)采集板）以及對應的集線器，方便了不同接口設(shè)備的使用和數(shù)據(jù)的傳輸。具體地：接口包括網(wǎng)絡(luò)接口、RS422接口、RS232接口、RS485接口中的任意一種；所述的集線器為與接口對應型號的集線器，包括網(wǎng)絡(luò)集線器、RS422集線器、RS232集線器、RS485集線器。

（6）本發(fā)明可同時測試多片芯片，滿足批量測試的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)方框圖；

圖2為本發(fā)明方法的測試步驟流程圖；

圖中，1-單/多芯片測試板，2-數(shù)據(jù)采集板，3-轉(zhuǎn)臺臺面，4-高低溫箱，5-上位機系統(tǒng)，6-電源系統(tǒng)，7-轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

如圖1所示，實施例1公開了一種MEMS陀螺儀測試裝置，包括高低溫箱4，所述的高低溫箱4內(nèi)部設(shè)置有轉(zhuǎn)臺臺面3、溫度控制系統(tǒng)、滑環(huán)和單/多芯片測試板1，所述的高低溫箱4的外部設(shè)置有驅(qū)動電機和轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)7，所述的轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)7通過驅(qū)動電機控制轉(zhuǎn)臺臺面3的轉(zhuǎn)動方向和速率，所述的單/多芯片測試板1安裝在轉(zhuǎn)臺臺面3上，所述的單/多芯片測試板1上設(shè)置有芯片夾具，所述的溫度控制系統(tǒng)控制高低溫箱4內(nèi)部的溫度；所述的高低溫箱4內(nèi)部還設(shè)置有數(shù)據(jù)采集板2，數(shù)據(jù)采集板2安裝在轉(zhuǎn)臺臺面3上；所述的數(shù)據(jù)采集板2接收來自單/多芯片測試板1的模擬輸出信號，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過滑環(huán)輸出至高低溫箱4外部。

具體地，在高低溫箱4內(nèi)部設(shè)置數(shù)據(jù)采集板2，通過先將被測的單/多芯片的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過滑環(huán)傳輸至外部，最終獲得誤差小、精度高、真實可靠的測量結(jié)果。

在本實施例中，所述的單/多芯片測試板1包括芯片夾具、測試電路和第一信號接口，待測芯片安裝于芯片夾具上，待測芯片的輸出信號經(jīng)過測試電路到達第一信號接口；所述的數(shù)據(jù)采集板2包括第二信號接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第一數(shù)據(jù)傳輸接口，所述的第二信號接口與第一信號接口通過電纜連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號通過第一數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送出去。

在本實施例中，所述的單/多芯片測試板1和數(shù)據(jù)采集板2通過螺釘固定安裝在轉(zhuǎn)臺臺面3。更優(yōu)的，數(shù)據(jù)采集板2可以通過螺釘固定安裝在單/多芯片測試板1上。

通過實現(xiàn)測試系統(tǒng)模塊化，便于更換和維護、成本低、操作簡便、高效率、高精度和高可靠性。

在本實施例中，所述的裝置還包括設(shè)置于高低溫箱4外部的控制面板，所述的控制面板通過控制溫度控制系統(tǒng)來控制高低溫箱4內(nèi)的溫度。

基于上述裝置的實現(xiàn)，本實施例還提供了一種MEMS陀螺儀測試系統(tǒng)，包括所述的MEMS陀螺儀測試裝置和上位機系統(tǒng)5，所述的上位機系統(tǒng)5接收來自數(shù)據(jù)采集板2輸出的信號，進行數(shù)據(jù)的存儲和分析。

在本實施例中，所述的上位機系統(tǒng)5包括第二數(shù)據(jù)傳輸接口、集線器和上位機，所述的第二數(shù)據(jù)傳輸接口接受來自數(shù)據(jù)采集板2輸出的信號，并傳送至集線器，上位機獲取集線器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行存儲和分析。

具體的，上位機包括數(shù)據(jù)采集與存儲軟件、數(shù)據(jù)分析軟件、報告生成軟件。

所述的第二數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)據(jù)采集板2的數(shù)據(jù)傳輸接口為網(wǎng)絡(luò)接口、RS422接口、RS232接口、RS485接口中的任意一種；所述的集線器為與第二數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)據(jù)采集板2的數(shù)據(jù)傳輸接口對應型號的集線器，包括網(wǎng)絡(luò)集線器、RS422集線器、RS232集線器、RS485集線器。具體的，連接高低溫轉(zhuǎn)臺外部的第二數(shù)據(jù)傳輸接口的集線器可根據(jù)需要更換成網(wǎng)絡(luò)集線器、RS422集線器、RS232集線器、RS485集線器等設(shè)備，方便不同接口設(shè)備的使用和數(shù)據(jù)的傳輸。

所述的MEMS陀螺儀測試系統(tǒng)還包括設(shè)置于高低溫箱4外部的電源系統(tǒng)6，所述的電源系統(tǒng)6包括直流多通道輸出電源和第一電源接口；所述的單/多芯片測試板1包括第二電源接口，所述的數(shù)據(jù)采集板2包括第三電源接口，所述的第一電源接口通過電纜分別與直流多通道輸出電源、第二電源接口和第三電源接口連接。

基于上述系統(tǒng)的實現(xiàn)，本實施例還提供了一種MEMS陀螺儀測試方法，包括測試步驟，如圖2所示，所述的測試步驟包括：

將待測芯片安裝到設(shè)置于高低溫箱4內(nèi)部的單/多芯片測試板1的芯片夾具上；

設(shè)置轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)7的角速率參數(shù)和方向參數(shù)，以控制轉(zhuǎn)臺臺面3的轉(zhuǎn)速和方向；

設(shè)置高低溫箱4的內(nèi)部溫度；

轉(zhuǎn)臺臺面3帶動單/多芯片測試板1按照設(shè)置的角速率和方向運動；

待測芯片的輸出信號經(jīng)過單/多芯片測試板1形成模擬信號輸出至設(shè)置于高低溫箱4內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集板2；

數(shù)據(jù)采集板2將數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過滑環(huán)傳輸至上位機系統(tǒng)5；

上位機系統(tǒng)5進行數(shù)據(jù)的存儲和分析。

對應的，所述的方法還包括安裝步驟和更換步驟；所述的安裝步驟為在將待測芯片安裝到設(shè)置于高低溫箱4內(nèi)部的單/多芯片測試板1的芯片夾具上之前，所述的安裝步驟包括以下子步驟：

將單/多芯片測試板1和數(shù)據(jù)采集板2安裝在轉(zhuǎn)臺臺面3上；

通過電纜將單/多芯片測試板1、數(shù)據(jù)采集板2和上位機系統(tǒng)5之間連接

所述的更換步驟包括：

當需要更換單/多芯片測試板1或者數(shù)據(jù)采集板2時，關(guān)閉電源；

拆卸連接單/多芯片測試板1或者數(shù)據(jù)采集板2的電纜；

拆卸單/多芯片測試板1或者數(shù)據(jù)采集板2；

安裝新的單/多芯片測試板1或者數(shù)據(jù)采集板2；

通過電纜將單/多芯片測試板1、數(shù)據(jù)采集板2和上位機系統(tǒng)5之間連接。

具體的，對應的測試方法實施例如下：

首先將多芯片或單芯片測試板和數(shù)據(jù)采集板2使用螺釘固定安裝在高低溫轉(zhuǎn)臺內(nèi)部的轉(zhuǎn)臺臺面3。然后將MEMS陀螺儀被測芯片安裝到多芯片或單芯片測試板的芯片夾具內(nèi)，再啟動上位機系統(tǒng)5的數(shù)據(jù)采集與存儲軟件，再開啟直流穩(wěn)壓電源。然后設(shè)置轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)7的角速率參數(shù)來控制轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速（例如設(shè)置的角速率為10°/s），轉(zhuǎn)臺帶動多芯片或單芯片測試板按設(shè)置的角速率運動，然后設(shè)置高低溫箱4的內(nèi)部溫度（例如設(shè)置為+30℃）。同時被測芯片的輸出信號經(jīng)過多芯片測試板上的測試電路到達信號接口。數(shù)據(jù)采集板2經(jīng)過信號接口與多芯片或單芯片測試板連接。數(shù)據(jù)采集板2采集處理被測芯片的輸出信號，然后數(shù)據(jù)采集板2輸出處理后的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)傳輸和電源供電通道。然后由上位機系統(tǒng)5的數(shù)據(jù)采集與存儲軟件保存采集到的數(shù)據(jù)，同時在上位機系統(tǒng)5的顯示器上實時觀察被采集的數(shù)據(jù)。然后運行上位機系統(tǒng)5的數(shù)據(jù)分析軟件得到需要的測試參數(shù)，再運行上位機系統(tǒng)5的報告生成軟件得到測試報告。

例如在標度因數(shù)的測試中，設(shè)置不同的轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)7的角速率參數(shù)，再用上位機系統(tǒng)5的數(shù)據(jù)采集與存儲軟件保存采集到的數(shù)據(jù)，同時在上位機系統(tǒng)5的顯示器上實時觀察被采集的數(shù)據(jù)。然后運行上位機系統(tǒng)5的數(shù)據(jù)分析軟件得標度因數(shù)，再運行上位機系統(tǒng)5的報告生成軟件得到標度因數(shù)測試報告。最后根據(jù)標度因數(shù)測試報告，來判斷被測的MEMS陀螺儀芯片是否合格。