Mems加速度传感器性能参数标定方法、处理器及系统的制作方法_2

文档序号:9863722阅读:来源:国知局
线性系数、Ξ次非线性系数、交叉禪合灵敏度和交叉 禪合系数,提高了系统的标定精度,而且,本申请运种在重力场下转动的标定方法,不需要 与标准MEMS加速度传感器进行比较,从而避免了因该标准MEMS加速度传感器自身精度对最 终标定结果精度的影响,进一步提高了标定精度;本申请还能够基于运些分离的模型参数, 快速且准确地计算出该待测MEMS加速度传感器更多的性能参数,大大提高了标定效率,降 低了其性能参数标定成本。
【附图说明】
[0047]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可W根据 提供的附图获得其他的附图。
[004引图1为本申请提供的一种MEMS加速度传感器的性能参数标定方法实施例的流程示 意图;
[0049] 图2为本申请提供的一种转动轴工装平台的结构示意图;
[0050] 图3为本申请提供的一种MEMS加速度传感器的性能参数标定处理器的结构示意 图;
[0051] 图4为本申请提供的一种MEMS加速度传感器的性能参数标定系统实施例的结构示 意图
[0052] 图5为本申请提供的一种MEMS加速度传感器的性能参数标定系统实施例中的多通 道数据采集模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0053] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例,都属于本发明保护的范围。
[0054] 本申请提供了一种MEMS加速度传感器性能参数标定方法、处理器及系统,本申请 通过驱动闭环控制转动平台来对待测MEMS加速度传感器进行360度转动多点定位,在转动 过程中,获得其输入轴加速度、输出轴加速度、摆轴加速度和实际输出量,之后,利用获得的 输入轴加速度、输出轴加速度和摆轴加速度,W及该待测MEMS加速度传感器的预设模型方 程,计算出该待测MEMS加速度传感器的期望输出量,通过对该期望输出值和实际输出值进 行最小二乘法拟合运算,获得该待测MEMS加速度传感器的各项模型参数,且使得该模型参 数中待测MEMS加速度传感器的偏值和标度因数中均不包含所述待测MEMS加速度传感器的 二次非线性系数、Ξ次非线性系数、交叉禪合灵敏度和交叉禪合系数,提高了系统的标定精 度,而且,本申请运种在重力场下转动的标定方法,不需要与标准MEMS加速度传感器进行比 较,从而避免了因该标准MEMS加速度传感器自身精度对最终标定结果精度的影响,进一步 提高了标定精度;本申请还能够基于运些分离的模型参数,快速且准确地计算出该待测 MEMS加速度传感器更多的性能参数,大大提高了标定效率,降低了其性能参数标定成本。
[0055] 为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体 实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0056] 如图1所示,为本发明提供的一种MEMS加速度传感器的性能参数标定方法实施例 的流程示意图,该方法可W包括:
[0057] 步骤S110:驱动闭环控制转动平台控制待测MEMS加速度传感器实现重力场下的 360度转动多点定位,获得所述待测MEMS加速度传感器的输入轴加速度、输出轴加速度、摆 轴加速度和实际输出量。
[0058] 本实施例利用重力转动多点测试的原理,在重力场下对待测MEMS加速度传感器进 行测试,在实际应用中,如图2所示的工装图,可同时将20个待测MEMS加速度传感器201安装 在转动轴工装平台上,但并不局限于此,可根据实际需要进行扩展,并使该转动轴工装平台 的转动轴202平行安装在闭环控制转动平台的转轴上,在实际测试过程中,可按照下面过程 进行:
[0059] 首先,控制转动轴工装平台置于Og初始位置,通过多通道数据采集模块采集待测 MEMS加速度传感器的输出电压值即为上述实际输出量;然后,控制转动轴工装平台转动到 9,同样采集待测MEMS加速度传感器的输出电压值;再ΚΘ的步进依次转动到2Θ,3Θ,…,, 360°,依次采集待测MEMS加速度传感器的输出电压值。
[0060] 其中,在本申请中目可W指5°、10°、15°、20°、30°等等,具体可根据实际需要确定, 本申请对此不作限定,只要是利用本申请发明思想实现MEMS加速度传感器的性能参数的标 定均属于本申请保护范围,本申请在此不再一一列举。另外,需要说明的是,360/Θ的值需要 大于待测MEMS加速度传感器的各项模型参数的2倍。
[0061] 在本实施例中,由于待测MEMS加速度传感器的输出轴平行于转动平台的转轴,因 此,在转动过程中,该待测MEMS加速度传感器的输入轴加速度ai = sink0,输出轴加速度ap = cosk0和摆轴加速度曰。=〇,其中,k = 36O/0。
[0062] 步骤S120:利用获得的输入轴加速度、输出轴加速度和摆轴加速度,W及所述待测 MEMS加速度传感器的预设模型方程,获得待测MEMS加速度传感器的期望输出量。
[0063] 在本实施例中,该待测MEMS加速度传感器的预设模型方程具体可
[0064] W为;
[00化]a = Ep/Ki = Ko+ai+K2ai2+K3ai3+K〇ap-Kpa〇+Kip£iiap+Ki〇a 巧。 (1);
[0066] 其中:a表示所述待测MEMS加速度传感器所标示的加速度值;Ep表示所述待测MEMS 加速度传感器的输出量;ill表示平行于输入基准轴的外加加速度;却表示垂直于所述输入基 准轴的外加加速度;a。表示所述待测MEMS加速度传感器摆轴方向的外加加速度;Κο表示所述 待测MEMS加速度传感器的偏值;Κ康示所述待测MEMS加速度传感器的标度因数瓜表示所述 待测MEMS加速度传感器的二次非线性系数;K3表示所述待测MEMS加速度传感器的Ξ次非线 性系数;K。表示所述待测MEMS加速度传感器输出量的变化与输出轴加速度之间关系的比例 常数;Κρ表示所述待测MEMS加速度传感器输出量的变化与摆轴加速度之间关系的比例常 数;Kip表示所述待测MEMS加速度传感器的输入轴与输出轴的交叉禪合系数;Κι康示所述待 测MEMS加速度传感器的输入轴与摆轴的交叉禪合系数。
[0067] 所W,将该待测MEMS加速度传感器的输入轴加速度ai = sink0,输出轴加速度ap = coske和摆轴加速度曰。=0,代入公式(1)可得到该待测MEMS加速度传感器的期望输出量, 即:
[006引
[0069] 其中,A〇 = Ki化0+1/巧K2) ;Ai = Ki(1+3/4*K3) ;A2 = 1/巧KiKip;A3=l/4*KiK3;Bi = Κ 成。;B2 = -1/2 体成 2。 (3)
[0070] 步骤S130:对待测MEMS加速度传感器的实际输出量和期望输出量进行最小二乘法 拟合运算,获得所述待测MEMS加速度传感器的各项模型参数。
[0071] 其中,该各项模型参数可W包括待测MEMS加速度传感器的偏值、标度因数、二次非 线性系数、Ξ次非线性系数、待测MEMS加速度传感器输出量的变化与输出轴加速度之间关 系的比例常数、待巧UMEMS加速度传感器输出量的变化与摆轴加速度之间关系的比例常数、 待测MEMS加速度传感器的输入轴与输出轴的交叉禪合系数、待测MEMS加速度传感器的输入 轴与摆轴的交叉禪合系数等等,本申请对此不作限定。
[0072] 需要说明的是,本申请按照上述标定方法得到的该待测MEMS加速度传感器的模型 参数中的偏值和标度因数中均不包含该待测MEMS加速度传感器的二次非线性系数、Ξ次非 线性系数、交叉禪合灵敏度和交叉禪合系数,而是将各个模型参数分离开,从而提高了标定 精度。
[0073] 而且,对于Ξ轴MEMS加速度传感器来说,交叉禪合灵敏度和交叉禪合系数的分离, 不仅能提高了偏值和标度因数的标定精度,而且还能够基于得到的各项模型参数,计算出 待ilMEMS加速度传感器的轴间串扰,并分析其分离P波(即纵波)和S波(即横波)的能力,为 其改进的方向和应用的领域提供依据。
[0074] 其中,在本实施例实际应用中,如用来对地震波的检测中,由于该地震波是指从震 源产生向四周福射的弹性波,按照传播方向可分为纵波、横波和面波(目化波)Ξ种类型,且 该纵波和横波均属于体波。基于此,在强震动观测、地震波观测的应用中,对P波和S波的分 离能力的要求比较高,因此,在对MEMS加速度传感器的性能参数标定时,还需要分析其P波 和S波的分离能力。
[0075] 可选的,基于上述分析,对所述待测MEMS加速度传感器的期望输出量进行最小二 乘法运算,可得到第一表达式即公式(4):
[0076]
[00
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