2012/04/15

MPU-6050校正作業

InvenSenseの6DOFセンサ MPU-6050の校正作業を行いました。

校正作業は重力加速度、レートテーブルによる一定の角速度を基準にして、センサのスケーリングファクタ、ゼロ点などを求める作業です。
恒温槽を使い異なる温度でのデータを取ることで、各パラメータの温度特性も求めます。

同様の試験を別な6DOFセンサに対して行った結果は@fenrirさんのブログに載っています。

下の写真が作業の様子です。
直交治具に取り付け、恒温槽中のレートテーブルに固定した計器
MPU-6050は、加速度・角速度の測定レンジが変えられるようになっていますが、あまり機動の激しくない人力飛行機に使うつもりなので、最も狭いレンジの+-2g, +-250dpsを選びました。

測定は恒温槽の温度を設定し、与える角速度を変えながら加速度・ジャイロ出力を測定するという方法で行いました。
代表的なものとして、25℃での測定結果を以下に示します。
X軸まわりの回転を与えたときのジャイロ出力
Y軸まわりの回転を与えたときのジャイロ出力
Z軸まわりの回転を与えたときのジャイロ出力
(20120830追記)センサ出力のばらつきはレートテーブルか恒温槽の振動からくるもので、センサそのもののノイズではありません。

また、無回転時の加速度・ジャイロ出力の温度特性は以下のようになりました。
X軸を上向きに設置したときの加速度・ジャイロセンサの温度特性
Y軸を上向きに設置したときの加速度・ジャイロセンサの温度特性 
Z軸を下向きに設置したときの加速度・ジャイロセンサの温度特性 
これらの試験の結果から、センサのスケールファクタを求めると以下のようになりました。
加速度
X: 846.7 LSB/ms^-2
Y: 843.4 LSB/ms^-2
Z: 843.5 LSB/ms^-2
ジャイロ
X: 131.30 LSB/dps
Y: 131.22 LSB/dps
Z: 131.06 LSB/dps
加速度・ジャイロともに各軸の特性はほぼ揃っているようです。
加速度センサのスケールファクタがデータシートの半分になっていますが、Engineering Sample版であるRev. Cのチップの仕様のようです。
軸間の干渉は加速度センサで1%以下、ジャイロセンサで2%以下と求まりました。

また、ゼロ点とその温度特性を求めると以下のようになりました。
加速度
X: 33232 - 0.0034833 T
Y: 32957 - 0.0078194 T
Z: 36296 - 0.10086 T
ジャイロ
X: 32617 + 0.015245 T
Y: 33065 - 0.010631 T
Z: 32651 + 0.0024063 T
このセンサは4 * 4 * 0.9 mmのサイズでX, Y軸のセンサとZ軸のセンサの作りは対称でないと考えられます。
それがゼロ点の温度特性に現れているようです。

今回の作業で求めたパラメータは全てデータシート通りの値で、期待通りの結果が得られたと言えます。

これらのパラメータを使って、テストフライト時に取得したデータを詳しく解析しようと思います。

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