Correction of temperature and acceleration effects on MEMS gyro output signals
MEMS dönüölçer çikiş sinyali üzerindeki sıcaklık ve ivme etkileri hatalarının düzeltilmesi
- Tez No: 381037
- Danışmanlar: Prof. Dr. TAYFUN AKIN, Assist. Prof. Dr. KIVANÇ AZGIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 161
Özet
Bu tezde sıcaklık ve ivmenin MEMS dönüölçer üzerindeki etkileri çalışılmış ve bu etkilerin azaltılması için geliştirilen çeşitli telafi teknikleri sunulmuştur. Bu teknikler dönüölçer çıkışından toplanan ofset verileri kullanılarak uygulanmıştır. Ayrıca bu çalışmada, önerilen Çoklu Doğrusal Regresyon ve Neural Networks gibi tekniklerinin karşılaştırması yapılmıştır. Ek olarak, Kayan Ortalama Filtrelemesi de yardımcı bir teknik olarak kullanılmıştır. Bu tezde literatürde ilk defa, deneyler sonucunda elde edilmiş dönüölçer verisi üzerinden sıcaklık ve ivme etkilerinin azaltılması sunulmaktadır. Bu tezde ek olarak sıcaklık değişiminden dolayı (artan ve azalan) dönüölçerin çıkış verisindeki histeresis incelenmiş ve histeresis sorununu azaltmak için bir çözüm sunulmuştur. Ayrıca, histeresis büyüklüğü ve sıcaklık arasındaki ilişki formüle edilmiştir. Bu çalışmada kullanılan metodoloji, literatürde var olan tekniklerin değiştirilerek kullanımı ve farklı türdeki etkilerin aynı anda azaltılmasını hedeflemektedir. Bu teknikler, AIS16448, ADXRS450 ve XSENS MTi-10 gibi bazı ticari duyargalardan toplanan veriler üzerinde uygulanmıştır. Sıcaklık telafisi kullanımı, ofset kararsızlığında ADXRS450 duyargası için %20 (33.5 °/sa'den 26.5°/sa'te); XSENS MTi-10 duyargası için %50'ye (12.24 °/sa'den 6.12°/sa'te) kadar iyileştirme sağlayabilmektedir. Histeresis telafisi de eklendiğinde elde edilen iyileştirmeler ADXRS450 duyargası için %28'e (34.2 °/sa'den 26°/sa'te), XSENS MTi-10 duyargası için %57'ye (10.8°/sa'den 4.68°/sa'te) kadar arttırılabilir. Sıcaklık, ivme ve histerezis telafisi XSENS MTi-10 duyargası için ofset kararsızlık değerini %70'e (16.56 °/sa'den 5.04°/sa'te) kadar iyileştirebilmektedir. Aynı zamanda, bu etkilerin telafisiyle açı rastgele yürüyüş değeri Allan Variance grafiğinden de açıkça görüleceği üzere önemli miktarda azalmıştır. Allan Variance grafiğinde ofset kararsızlığına ulaşılan zaman ADIS16488 ve ADXRS450 için 4 kat; XSENS MTi-10 için 8 kat geliştirilmiştir. XSENS MTi-10 dönüölçer verisindeki ofset, sadece sıcaklık verisi kullanılarak yapılan bilindik telafi yöntemi ile 10 kata (0.05°/s'den 0.005°/s'ye) kadar; ivme, sıcaklık ve histeresis düzeltmesiyle 50 kata (0.05°/s'den 0.001°/s'ye) kadar azaltılmıştır. İvme, sıcaklık ve histeresis düzeltmesi ile yapılan telafi, yalnızca sıcaklık kullanılarak yapılan bilindik telafi yöntemine kıyasla daha iyi bir performans sergilemiş ve hatasız veri elde edilmesini sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
The scope of this thesis is to study the effects of temperature and acceleration on a MEMS gyroscope and present a workable solution to compensate these errors using various techniques. Compensation for errors is implemented considering the output bias data of the gyroscope. The study also provides comparison of these various techniques, namely Polynomial Curve fitting and Neural Networks. In addition, Moving Average Filtering is used as an auxiliary technique. The study provides novelty of compensating both the factors based on empirical data which is not done before this study. The thesis also discusses the hysteresis present in the gyroscope output data due to change in temperature slope (ascending and descending) and provides a solution to compensate this error. The relation between the magnitude of hysteresis and temperature range is formulated. The methodology adopted in this study is to use existing techniques with some modifications and to compensate different types of errors collectively. The techniques are implemented on data acquired from some commercial sensors, namely ADIS16488, ADXRS450, and XSENS MTi-10. In terms of bias instability temperature compensation can achieve up to 20% improvement (from 33.5⁰/hr to 26.5⁰/hr) in ADXRS450 and 50% improvement (from 12.24⁰/hr to 6.12⁰/hr) in XSENS MTi-10 sensors' data. By including hysteresis compensation, the improvement can be increased to 28% (from 34.2⁰/hr to 26⁰/hr) and 57% (from 10.8⁰/hr to 4.68⁰/hr) for ADXRS450 and XSENS MTi-10 respectively. Compensating temperature, acceleration and hysteresis at the same time can improve the bias instability of XSENS MTi-10 up to 70% (from 16.56⁰/hr to 5.04⁰/hr). The compensation of these factors also reduces the rate random walk significantly, which is evident from Allan variance plots. The integration times can be improved 4 times for ADIS16488 and ADXRS450 and 8 times for XSENS MTi-10. The offset in the gyroscope output can be reduced 50 times (from 0.05⁰/sec to 0.001⁰/sec) by integrated compensation as compared to 10 times (from 0.05⁰/sec to 0.005⁰/sec) by conventional temperature compensation in the XSENS gyroscope data. Integrated compensation of temperature, acceleration and hysteresis results in better performance as compared to the conventional method of compensating only for temperature, providing a more accurate and error free data.
Benzer Tezler
- High Dynamic Range CMOS-MEMS capacitive accelerometer array with drift compensation
Başlık çevirisi yok
METIN GOKHAN GUNEY
Doktora
İngilizce
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolCarnegie Mellon UniversityPROF. GARY K. FEDDER
- Yüzeysel su kalitesi modellerinde kullanılan model katsayılarının değer dağılımlarının türetilmesi
Derivation of value distributions of model coefficients used in surface water quality modelling
GİZEM ÇORUH
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPASLAN EKDAL
- Yıldız kesitli katı yakıcı-yakıtlı bir roket motorunun performansının incelenmesi
A study of performance of a star-shaped solid propellant rocket motor
HALİT YAŞAR
- Evaluation of seismic health monitoring system of Golden Horn Metro Bridge
Haliç Metro Köprüsü sismik sağlık izleme sisteminin değerlendirilmesi
ERAY TEMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ ERKUŞ