MEMS加速度計(jì)的振動校正

振動校正的來源

振動校正誤差(VRE)是加速度計(jì)對交流振動(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://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/加速度計(jì)">加速度計(jì)的直流輸出是目標(biāo)信號，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)、平臺穩(wěn)定或鉆桅對準(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)受的振動特性曲線，不同應(yīng)用施加于加速度計(jì)的振動模式會不同，因而VRE可能不同。振動校正有多種發(fā)生機(jī)制，本文討論其中的兩種。

非對稱軌

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

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

圖1中，一個(gè)激勵振動信號施加于2 g滿量程傳感器上。當(dāng)振動為0.3 g rms(300到600樣本之間)時(shí)，失調(diào)沒有可觀測的偏移。然而，當(dāng)振動為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疲芗铀俣扔?jì)滿量程范圍的限制。當(dāng)傳感器在1 g場中經(jīng)受隨機(jī)振動時(shí)，輸入激勵信號可建模為一個(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：