MEMS加速計校準(zhǔn)提升工業(yè)應(yīng)用中的精度
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車間安全系統(tǒng)的任務(wù)是檢測潛在的危險操作條件，但不能影響正常的操作。其中最為重要的就是用來檢測危險操作條件的傳感方案的精度。與其他絕大多數(shù)技術(shù)方案一樣，MEMS加速計也存在成本性能之間的折中。對于汽車和商用應(yīng)用來說，以最低成本來實現(xiàn)適度的性能即可。但對于一些工業(yè)應(yīng)用，例如車間安全系統(tǒng)，則要求較高的精度。在這種應(yīng)用中，可靠性，方便性以及方案的元器件成本都很重要。
隨著高集成度和更精密的加速計產(chǎn)品的出現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計師需要了解零件是如何校準(zhǔn)的，因為這決定著他們是購買這些校準(zhǔn)方案還是開發(fā)自己的校準(zhǔn)程序。本文將討論雙軸加速計的校準(zhǔn)工藝，并著重討論最常見的誤差源。
校準(zhǔn)的目的和必要性
對于許多MEMS慣性傳感器用戶來說，校準(zhǔn)為他們的傳感方案提供了改進(jìn)性能和折中系統(tǒng)成本的機(jī)會，如圖1所示。圖中所示的僅僅是一般的關(guān)系，而性能目標(biāo)則由能夠為用戶增值的終端系統(tǒng)性能需求所驅(qū)動。
例如，高精度意味著防翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)在確定吊車的極限時無需過補償。精度水平的最佳優(yōu)化能夠擴(kuò)大吊車的服務(wù)范圍，或起吊更重的載荷，且沒有翻車的危險。所以，在安全傳感系統(tǒng)中優(yōu)化性能的底線就是能夠為總系統(tǒng)增值。
與校準(zhǔn)相關(guān)的成本增加包括直接的材料成本(如ADC，微機(jī)，PCB復(fù)雜度的增加，以及勞動力成本)和投資成本(校準(zhǔn)設(shè)備夾具和工程開發(fā)成本)，不過這些成本將被可預(yù)期的系統(tǒng)產(chǎn)品的批量所攤薄。任何校準(zhǔn)過程的顯要目標(biāo)都是實現(xiàn)價值更高的性能，同時控制相關(guān)的成本。
一個MEMS校準(zhǔn)方案的開發(fā)可以分為四個簡單階段：
1.確立性能目標(biāo)
2.確定校準(zhǔn)需求
3.設(shè)計校準(zhǔn)工藝
4.實現(xiàn)校準(zhǔn)規(guī)則
為加速計校準(zhǔn)確立有價值的性能目標(biāo)將為整個研發(fā)過程定調(diào)。首先，這些目標(biāo)將指導(dǎo)傳感器的選擇，其次，將為分析過程提供指導(dǎo)，而這些分析過程將確定需要校準(zhǔn)的行為，最終將決定校準(zhǔn)過程的復(fù)雜度。這是很關(guān)鍵的，因為過度追求高于所需將導(dǎo)致過高的成本和開發(fā)時間。
于是很明顯，這要求開發(fā)商及早了解加速計傳感系統(tǒng)對最終系統(tǒng)性能目標(biāo)的影響。盡管這種早期投資看起來是不方便的，但它卻會導(dǎo)致更好的性能并創(chuàng)造更多的創(chuàng)新機(jī)會。本討論將著重于當(dāng)校準(zhǔn)綜合誤差小于1%時需要考慮的領(lǐng)域。
圖2：典型的加速計校準(zhǔn)電路
本節(jié)將列舉對上述性能目標(biāo)的常見威脅，并在避免具體的電路分析的同時，給出如何快速確定其影響的方法。為了簡單，在討論中將敏度分析集中在傳感器性能上。假定其余電路元件的貢獻(xiàn)較小。包括一個MEMS傳感器的任何線性傳感器的理想方程為：
1. NENS加速計
2. 放大器
3. 無源元件
4. A/D
每個器件都將對靈敏度(增益)，偏置(偏差)，線性度，噪聲，依賴于電源的行為特性以及依賴于溫度的特性有所貢獻(xiàn)。這里所討論的校準(zhǔn)將集中在傳感器上。不過圖示準(zhǔn)則也適用于其他電路。 加速度計相關(guān)文章:加速度計原理
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