MEMS加速度計的振動(dòng)校正

振動(dòng)校正的來(lái)源

振動(dòng)校正誤差(VRE)是加速度計對交流振動(dòng)(被整流為直流)的響應，表現為加速度計失調的異常偏移。在傾角計等應用中，這是一個(gè)重大誤差源，因為加速度計的直流輸出是目標信號，失調的任何改變都可能被錯誤地解讀為傾角變化，導致誤差一路向下傳遞，從而引起安全系統誤觸發(fā)、平臺穩定或鉆桅對準機制過(guò)度補償等。

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

非對稱(chēng)軌

第一種機制是非對稱(chēng)軌。重力產(chǎn)生一個(gè)靜態(tài)1 g (9.8 m/s2)加速度場(chǎng)，當加速度計敏感軸豎直對齊時(shí)，其測量范圍會(huì )有一個(gè)偏移。2 g滿(mǎn)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(dòng)，否則響應會(huì )被削波。超過(guò)1 g的對稱(chēng)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(huì )被削波。

圖1.±2 g滿(mǎn)量程范圍的加速度計因為非對稱(chēng)削波而產(chǎn)生的振動(dòng)校正圖解

圖1中，一個(gè)激勵振動(dòng)信號施加于2 g滿(mǎn)量程傳感器上。當振動(dòng)為0.3 g rms(300到600樣本之間)時(shí)，失調沒(méi)有可觀(guān)測的偏移。然而，當振動(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)截斷分布的平均偏移，受加速度計滿(mǎn)量程范圍的限制。當傳感器在1 g場(chǎng)中經(jīng)受隨機振動(dòng)時(shí)，輸入激勵信號可建模為一個(gè)平均值μ= 1 g且標準差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斷正態(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。此雙截斷正態(tài)分布的平均值計算如下：