加速度計在整個溫度和存在振動的情況下進(jìn)行傾斜測量

Chris Murphy

我的消費(fèi)級加速度計理論上可以測量<1°的傾斜度。在溫度和振動存在的情況下，這仍然可能嗎？

答：

答案很可能是否定的。圍繞確定的傾斜精度值的問題總是很難回答，因?yàn)樵?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/7888/" target="_blank">MEMS傳感器性能方面需要考慮許多環(huán)境因素。通常，消費(fèi)級加速度計很難在動態(tài)環(huán)境中檢測到小于1°的傾斜度。為了證明這一點(diǎn)，將通用消費(fèi)級加速度計與下一代低噪聲、低漂移和低功耗MEMS加速度計進(jìn)行了比較。該比較著眼于傾斜應(yīng)用中存在的許多誤差源，以及可以補(bǔ)償或消除哪些誤差。

零g偏置精度、焊接引起的零g偏置偏移、PCB外殼對準(zhǔn)引起的零g偏置偏移、零g偏置溫度系數(shù)、靈敏度精度和溫度系數(shù)、非線性和跨軸靈敏度等誤差是可以觀察到的，可以通過組裝后校準(zhǔn)過程來減少。其他誤差術(shù)語，如遲滯、壽命范圍內(nèi)的零g偏置偏移、壽命范圍內(nèi)的靈敏度偏移、濕度引起的零g偏移以及溫度隨時間變化引起的PCB彎曲和扭曲，無法在校準(zhǔn)中解決，否則它們需要一定程度的現(xiàn)場服務(wù)才能減少。對于此比較，假設(shè)跨軸靈敏度、非線性和靈敏度得到補(bǔ)償，因?yàn)榕c溫度系數(shù)偏移漂移和振動校正相比，它們需要更少的努力來最小化。

表1顯示了消費(fèi)級ADXL345加速度計理想性能規(guī)格和相應(yīng)傾斜誤差的估計值。當(dāng)試圖達(dá)到最佳的傾斜精度時，必須應(yīng)用某種形式的溫度穩(wěn)定或補(bǔ)償。在本例中，假設(shè)恒溫為 25°C。無法完全補(bǔ)償?shù)淖畲笳`差因素是溫度失調(diào)、偏置漂移和噪聲。可以降低帶寬以降低噪聲，因?yàn)閮A斜應(yīng)用通常需要低于1 kHz的帶寬。

表2顯示了ADXL355的相同標(biāo)準(zhǔn)。短期偏置值是根據(jù)ADXL355數(shù)據(jù)手冊中的根艾倫方差圖估算的。在25°C時，通用ADXL0的補(bǔ)償精度為1.345°，工業(yè)級ADXL355的傾斜精度為0.005°。比較ADXL345和ADXL355可以看出，噪聲等較大的誤差貢獻(xiàn)因素從0.05°顯著降低到0.0045°，偏置漂移從0.057°降低到0.00057°。這表明MEMS電容式加速度計在噪聲、溫度系數(shù)、失調(diào)和偏置漂移方面的性能有了巨大的飛躍，在動態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)了更高水平的傾斜精度。

選擇更高等級的加速度計對于實(shí)現(xiàn)所需性能至關(guān)重要，特別是當(dāng)您的應(yīng)用需要<1°傾斜精度時。 應(yīng)用精度可能因應(yīng)用條件（較大的溫度波動、振動）和傳感器選擇（消費(fèi)級與工業(yè)級或戰(zhàn)術(shù)級）而異。在這種情況下，ADXL345需要大量的補(bǔ)償和校準(zhǔn)工作才能實(shí)現(xiàn)<1°的傾斜精度，從而增加整個系統(tǒng)的工作量和成本。根據(jù)最終環(huán)境和溫度范圍的振動幅度，這甚至可能無法實(shí)現(xiàn)。在25°C至85°C的溫度范圍內(nèi)，溫度系數(shù)偏移漂移為1.375°，已經(jīng)超過了傾斜精度低于1°的要求。

對于ADXL355，25°C至85°C的溫度系數(shù)失調(diào)漂移為

如表3所示，振動校正誤差（VRE）是加速度計暴露于寬帶振動時引入的失調(diào)誤差。當(dāng)加速度計暴露于振動時，VRE在傾斜測量中會產(chǎn)生顯著誤差，而溫度和噪聲貢獻(xiàn)的偏移為0 g。這是它被排除在數(shù)據(jù)手冊之外的關(guān)鍵原因之一，因?yàn)樗苋菀资蛊渌P(guān)鍵規(guī)格黯然失色。

在振動幅度較大的環(huán)境中，必須使用更高g范圍的加速度計，以最大程度地減少導(dǎo)致偏移的削波。表4顯示了ADXL35x系列加速度計及其相應(yīng)的g范圍和帶寬。

從ADXL35x系列中選擇一款器件用于傾斜應(yīng)用，將提供高穩(wěn)定性和可重復(fù)性，對溫度波動和寬帶振動具有魯棒性，并且與低成本加速度計相比，需要的補(bǔ)償和校準(zhǔn)更少。 密封封裝有助于確保最終產(chǎn)品在出廠后很長時間內(nèi)符合其可重復(fù)性和穩(wěn)定性規(guī)格。ADI公司的下一代加速度計可在所有條件下提供可重復(fù)的傾斜測量，無需在惡劣環(huán)境中進(jìn)行大量校準(zhǔn)，即可將傾斜誤差降至最低，并最大限度地減少部署后校準(zhǔn)的需求。

審核編輯：郭婷