MEMS加速度計(jì)的振動(dòng)校正

振動(dòng)校正的來源

振動(dòng)校正誤差(VRE)是加速度計(jì)對(duì)交流振動(dòng)(被整流為直流)的響應(yīng)，表現(xiàn)為加速度計(jì)失調(diào)的異常偏移。在傾角計(jì)等應(yīng)用中，這是一個(gè)重大誤差源，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/加速度計(jì)">加速度計(jì)的直流輸出是目標(biāo)信號(hào)，失調(diào)的任何改變都可能被錯(cuò)誤地解讀為傾角變化，導(dǎo)致誤差一路向下傳遞，從而引起安全系統(tǒng)誤觸發(fā)、平臺(tái)穩(wěn)定或鉆桅對(duì)準(zhǔn)機(jī)制過度補(bǔ)償?shù)取?/p>

VRE高度依賴于加速度計(jì)所經(jīng)受的振動(dòng)特性曲線，不同應(yīng)用施加于加速度計(jì)的振動(dòng)模式會(huì)不同，因而VRE可能不同。振動(dòng)校正有多種發(fā)生機(jī)制，本文討論其中的兩種。

非對(duì)稱軌

第一種機(jī)制是非對(duì)稱軌。重力產(chǎn)生一個(gè)靜態(tài)1 g (9.8 m/s2)加速度場(chǎng)，當(dāng)加速度計(jì)敏感軸豎直對(duì)齊時(shí)，其測(cè)量范圍會(huì)有一個(gè)偏移。2 g滿量程范圍的傳感器與重力加速度對(duì)齊時(shí)，將只能測(cè)量1 g峰值振動(dòng)，否則響應(yīng)會(huì)被削波。超過1 g的對(duì)稱激勵(lì)信號(hào)的平均值將不為零，原因是在經(jīng)受額外1 g加速度的方向上，電平會(huì)被削波。

圖1.±2 g滿量程范圍的加速度計(jì)因?yàn)榉菍?duì)稱削波而產(chǎn)生的振動(dòng)校正圖解

圖1中，一個(gè)激勵(lì)振動(dòng)信號(hào)施加于2 g滿量程傳感器上。當(dāng)振動(dòng)為0.3 g rms(300到600樣本之間)時(shí)，失調(diào)沒有可觀測(cè)的偏移。然而，當(dāng)振動(dòng)為1 g rms(600到1000樣本之間)時(shí)，VRE約為–100 mg。

VRE可建模為一個(gè)截?cái)喾植嫉钠骄?，受加速度?jì)滿量程范圍的限制。當(dāng)傳感器在1 g場(chǎng)中經(jīng)受隨機(jī)振動(dòng)時(shí)，輸入激勵(lì)信號(hào)可建模為一個(gè)平均值μ= 1 g且標(biāo)準(zhǔn)差σ= X的正態(tài)分布，其中X表示輸入振動(dòng)幅度均方根值。傳感器輸出建模為雙截?cái)嗾龖B(tài)分布，輸出值下界和上界分別為–R和+R，其中R為傳感器的最大范圍。此雙截?cái)嗾龖B(tài)分布的平均值計(jì)算如下：