MEMS加速計(jì)校準(zhǔn)提升工業(yè)應(yīng)用中的精度
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由于要求綜合誤差小于1%，我們可以快速回顧一下商用的MEMS傳感器的指標(biāo)。例如，一款領(lǐng)先加速計(jì)應(yīng)具有如下指標(biāo)：
靈敏度：+950mV/g到+1050mV/g，等同于5%
偏移：30mg(典型值)，相當(dāng)于3%(1g系統(tǒng))
100mg(最大值)，相當(dāng)于10%(1g系統(tǒng))
本例中，校準(zhǔn)過(guò)程中必須首要考慮偏移和靈敏度，因?yàn)檫@兩者都超出了1%的綜合誤差目標(biāo)。
用于低g加速計(jì)的一個(gè)可靠的校準(zhǔn)源是重力。使用重力的最簡(jiǎn)單方法是通過(guò)采用IEEE-STD-1293-1998中所給出的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)跌落測(cè)試。該跌落測(cè)試中，將一個(gè)變化范圍為+1g的激勵(lì)施加到被測(cè)器件上(DUT)。
該低激勵(lì)水平不能用于滿刻度量程小于20g的加速計(jì)的跌落測(cè)試，因?yàn)樗拥男?zhǔn)激勵(lì)等于或大于滿量程的5%。在該量程之外，線性度、分辨率、噪聲和其他與量程相關(guān)的特性將變得更有影響力，阻止所期望的精度的實(shí)現(xiàn)。為了校準(zhǔn)，滿刻度量程允許4點(diǎn)跌落測(cè)試，而非多點(diǎn)跌落測(cè)試，但多點(diǎn)測(cè)試可以用于線性度誤差的計(jì)算。
這里，DUT是豎直的。DUT的X軸指向0°傾斜的水平軸。記錄DUT的X軸輸出。然后將DUT分別旋轉(zhuǎn)90°，180°和270°，記錄每點(diǎn)的X軸輸出，故對(duì)應(yīng)四個(gè)測(cè)量位置。
圖4：四點(diǎn)跌落數(shù)據(jù)輸出
由于追求“完美的”測(cè)量靈敏度既不實(shí)際也無(wú)法承受得起，而重要的是了解對(duì)每一個(gè)潛在誤差(校準(zhǔn)系統(tǒng)自身引入)的靈敏度如何。確定每一個(gè)誤差的影響將會(huì)有助于降低違反關(guān)鍵性能準(zhǔn)則的風(fēng)險(xiǎn)。
初始對(duì)齊角度絕對(duì)誤差指的是起始位置誤差。該起始位置誤差將影響靈敏度，但不影響偏移。該影響可以被隔離而不影響其他的靈敏度，并且可以用下式描述：
誤差類型與計(jì)算
相對(duì)對(duì)齊誤差：該誤差被定義為每一個(gè)測(cè)量步進(jìn)間與理想的90°步進(jìn)值之間的偏差。偏移校準(zhǔn)將對(duì)該誤差有較高的靈敏度?？梢岳孟铝嘘P(guān)系式來(lái)計(jì)算有對(duì)齊誤差引入的偏移誤差：
偏離軸向誤差：偏離軸向誤差指的是軸向相對(duì)于水平軸的變化總量。如果旋轉(zhuǎn)設(shè)備完全垂直，則說(shuō)明旋轉(zhuǎn)軸是水平的。偏離軸向誤差將影響靈敏度誤差，其影響的方式與初始對(duì)齊的影響方法非常類似。
這里提醒要注意重力加速度變化，因?yàn)?g的外部激勵(lì)未必是精確的1g。其影響恰恰是本地重力影響的2倍，另外還隨著理論重力而變化，理論重力還受到緯度，海平面仰角，月亮-太陽(yáng)重力波動(dòng)以及附近的超大質(zhì)量的影響。
機(jī)械振動(dòng)：任何形式的振動(dòng)都可以轉(zhuǎn)換成為線形加速度，并為校準(zhǔn)引入誤差。采用花崗巖石塊或空氣隔離的桌面結(jié)構(gòu)的機(jī)械隔離，將有助于降低誤差，也可以采用數(shù)據(jù)濾波來(lái)消除振動(dòng)引起的缺陷。
加速計(jì)靈敏度誤差：影響加速計(jì)靈敏度特性的兩個(gè)最重要的因素是電源電壓和溫度。在預(yù)期的電源和溫度范圍上，也可以采用四點(diǎn)跌落對(duì)加速計(jì)的行為進(jìn)行特性化。線性逼近方案要求在每個(gè)參數(shù)的極限位置(最小和最大)上采集四點(diǎn)跌落數(shù)據(jù)。根據(jù)精度要求，這些數(shù)據(jù)可以被用來(lái)外推增量校正因數(shù)。如果發(fā)現(xiàn)非線性行為，可以增加更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，同時(shí)增加曲線擬合的階數(shù)。 加速度計(jì)相關(guān)文章:加速度計(jì)原理
評(píng)論