一种加速度传感器的测量误差分析方法
加速度传感器低频特性及校准方法
Ｉ Ｃ Ｐ 。 加
频 率 ，即低频 响应指标 。装置如 图４ 所示 。
电荷
圈 冒
图４ 结构重力法示意 图
数据采集记 录仪记录 ＴＤ Ｎ 速度传感器放 电波形（ 图５ ） ，
是放 电时 间常数 。放 电时间常数 是从下 降的一瞬 间开始计
算 ，此 时加速度传 感器 受到最 大加 速度 １ ｇ ，输 出为最大值
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ １ ２ 文献标识码 ：Ｂ
因为具有 测量 准确 度高 、频率 响应 范 围宽 、体 积小 、
重量轻 、易于安装等优 点 ，加速度传感 器被广泛 应用 。在
一
堡
些特殊领域 ，对加速度 传感器 的低频 特性要求 更高 ，只
搭
＋ ３ ｄ Ｂ
＋ ５ ％
摘要 ：很多工程应用领域对加速度传感器 的低频特 性要 求很高 。为 了得到准确 的数 据 ，对加速度传感器 低频特性进行正确有效 的校准十分必要 。本文介绍了几种加速度传感 器低频狰 陛校准的方法 。 关键词 ：Ｉ ｃ 嘞 Ⅱ 速度传感器 ；低频响应 ；低频特性 ；低频校准 ；低频振动 台
压 电式加速度传感器 的低频响应主要取决 于其 放 电时
间常数ＤＴ Ｃ （ Ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ Ｔ ｉ ｍｅ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ） ，因此 ，了解两 者之问
４ ０
中 国 设 备 工 程 Ｉ ２ ｏ １ ３ 年６ 月
维 护 与 修 理
的关系对加速度传感器的低频校准具有重要意义 。
型） 、电容式、压阻式３ 种 。其 中，电容式和压 阻式 的加速度
±１ ０ ％ 范围— — － ： 。 频率
±３ ｄ Ｂ范 围 一 ‘
加速度传感器测振动位移
加速度传感器测振动速度与位移方案1. 测量方法（基本原理）设加速度传感器测量振动所得的加速度为：()a t （单位：m/s 2） 对加速度积分一次可得速率： 11()()[]2Ni i i a a v t a t dt t -=+==∆∑⎰ (单位：m/s) 对速率信号积分一次可得位移：11()()[]2N i i i v v s t v t dt t -=+==∆∑⎰ (单位：m) 其中：()a t 为连续时域加速度波形()v t 为连续时域速率波形 ()s t 为连续位移波形 i a 为i 时刻的加速度采样值 i v 为i 时刻的速率值0a =0；0v =0t ∆为两次采样之间的时间差2. 主要误差分析误差主要存在以下几个方面： 1）零点漂移所带来的积分误差由于加速度传感器的输出存在固定的零点漂移。
即当加速度为0g 时传感器输出并不一定为0，而是一个非零输出error A 。
传感器的输出值为：()a t +error A 。
对error A 二次积分会产生积分累计效应。
2）积分的初始值所带来的积分误差0a 和0v 的值并不为零，同样会产生积分累计效应。
3）高频噪声信号所带来的误差高频噪声信号会对瞬时位移值测量精度带来影响，但积分值能相互抵销而不会带来累计。
3. 解决办法1）零点漂移和积分初始值不为零可以加高通滤波器的方法滤除。
2）高频噪声信号的影响并不大，为了达到更高的精度，可以加一个低通滤波器。
选择高通滤波器和低通滤波器合理的截至频率，可以得到较理想的结果。
（注：高通滤波即去除直流分量；低通滤波即平滑滤波算法）。
4. 仿真研究4.1 问题的前提背景1.本课题研究的对象是桥梁振动的加速度()a t ，速度()v t 和位移()s t ，可以认为桥梁的加速度，速度，位移的总和为0。
即：0()0a t dt ∞=⎰0()0v t dt ∞=⎰()0s t dt ∞=⎰其离散表达式为：00()Ni i a N ===∞∑0()Nii vN ===∞∑0()Nii sN ===∞∑2.加速度传感器测量值存在误差，它主要是在零点漂移和测量噪声两个方面。
加速度传感器实验报告
加速度传感器实验报告
加速度传感器实验报告
加速度传感器是一种应用广泛的测量传感器，各种型号的加速度传感器都可以用来测量振动或者加速度。
本文将介绍加速度传感器的实验，以及分析实验结果的一些重要指标。
一、实验环境
本次实验环境为实验室内，空气温度为25°C，实验使用的加速度传感器为精密型加速度传感器，量程为±15g，滤波为50Hz，高通滤波器带宽为10Hz，频率范围125kHz至2kHz。
二、实验原理
加速度传感器主要是通过测量物体运动方向（上升/下降）以及速度的变化来实现的，它可以实时测量到物体的加速度，进而检测到物体的动作、位移等信息。
实验测试结果为：温度变化0.1°C会引起加速度传感器的输出经0.18 g/°C变化。
三、实验结果
加速度传感器实验结果表明，实测值满足要求，温度变化引起的加速度传感器输出变化也满足实验要求的0.18 g/°C。
这些结果表明，加速度传感器的计算能力、精度以及可靠性都较高，在不同环境条件下能够满足较高精度的要求。
四、实验分析
通过实验结果可以看出，加速度传感器输出精度较高，准确性可靠，能够稳定满足要求。
在此基础上，未来可以基于加速度传感器的输出，进行各种类型的测量或者运动的监测，从而获得更全面的测量结果。
加速度传感器原理结构使用说明校准和参数解释
加速度传感器原理结构使用说明校准和参数解释一、加速度传感器原理：加速度传感器是一种能够测量物体在三个空间维度上的加速度变化的传感器。
其工作原理基于牛顿第二定律，即F=ma，其中F为作用力，m为物体的质量，a为物体的加速度。
传感器通过测量物体上的惯性力来间接测量物体的加速度。
一般情况下，加速度传感器是基于微机械系统（MEMS）技术制造的。
二、加速度传感器结构：加速度传感器的主要结构包括质量块（或称为振动子系统）、阻尼器、感受层以及电子转换装置。
质量块通常是一个微小的振动系统，可以沿多个轴向振动。
当物体受到外力或加速度影响时，质量块的相对位置发生改变，从而产生相应的电信号输出。
三、加速度传感器使用说明：1.安装：加速度传感器通常需要固定在被测物体上，可以使用螺栓、胶水、焊接等方式进行安装。
需要注意的是，传感器的位置和方向应该与被测物体的运动方向保持一致。
2.供电：传感器通常需要外部直流电源供电，供电电压和电流应符合传感器的要求。
3.输出信号：加速度传感器的输出信号通常为模拟信号（如电压或电流），也有一些传感器输出数字信号。
用户在使用传感器时需要根据实际需求来选择合适的信号处理方式。
4.数据处理：传感器的输出信号可以连接到数据采集设备或控制系统中进行进一步处理和分析。
用户可以根据需求选择合适的数据处理方法和算法。
5.维护：加速度传感器通常需要定期检查和维护，包括清洁传感器表面、检查传感器连接是否松动等。
四、加速度传感器校准：为了确保加速度传感器测量结果的准确性和可靠性，通常需要进行校准。
校准可以分为两个步骤：静态校准和动态校准。
1.静态校准：静态校准主要是通过将传感器放置在水平面上并保持静止状态来进行。
根据重力加速度的方向可以计算出传感器在其坐标轴上的零偏差或者非线性误差。
2.动态校准：动态校准主要是通过将传感器连接到知道真实加速度的振动台或运动载体上进行。
通过与已知加速度值进行比较，可以计算出传感器的灵敏度和线性误差。
微型加速度传感器中的误差分析与优化
微型加速度传感器中的误差分析与优化随着现代科技的不断发展，微型加速度传感器已经成为了各种电子设备的必备元件之一。
它们能够检测运动和震动，并把这些信号转化为数字信号进行处理，被广泛应用于汽车、飞机、手机等领域。
然而，由于各种原因，微型加速度传感器在使用中会产生一些误差，这些误差对于数据的可靠性有着重要的影响。
因此，进行误差分析和优化是提高微型加速度传感器性能的关键。
1.误差来源分析首先，我们需要了解微型加速度传感器的误差来源。
微型加速度传感器的误差可以分为静态误差和动态误差。
静态误差是指传感器输出值与实际测量值之间的差异，而在没有运动和震动时的误差就是静态误差。
静态误差的主要原因包括器件的工艺精度、电路元件的漂移和器件加工过程中的机械应力等。
动态误差是指传感器在运动和震动过程中输出的误差。
它们主要由加速度计的振动模式和噪声限制引起。
2.误差优化方法针对微型加速度传感器误差的来源，我们可以采取以下措施进行优化。
（1）器件生产过程中精度控制。
在传感器制造过程中，要尽可能精确地制造和调整传感器，以减少器件工艺精度对静态误差的影响。
这可以通过使用高精度加工设备、加强对工艺过程的控制等方法实现。
（2）合理的设计电路。
设计电路时，可以采用差分运算放大器、数字滤波等技术，以减少电路元件的漂移，降低静态误差。
（3）通过嵌入式系统的行为优化降低静态误差和动态误差。
应该采用更先进的处理器，如信号处理器和数字信号处理器，减小噪声、降低静态误差和动态误差，可以提高传感器的可靠性和精度，使其更加符合实际的需求。
（4）动态误差的优化。
采用低噪声的运放、差分式板簧结构、理论分析与模拟方法、过采样技术等，均可用于减小动态误差。
另外，采用振动补偿算法对振动模式进行修正也是提高性能的重要手段。
（5）提高自校验的精度。
在电路和软件设计中，可以增加多个传感器来实现自我校准和自我监测，以减小静态误差和动态误差。
3.总结微型加速度传感器已经成为各种电子设备的必备元件之一，其可靠性和精度水平也越来越受到重视，减小误差也可能成为未来发展趋势。
压电加速度传感器灵敏度的校准【干货】
传感器的灵敏度是传感器的最基本指标之一。
灵敏度的大小直接影响到传感器对振动信号的测量。
不难理解，传感器的灵敏度应根据被测振动量(加速度值)大小而定，但由于压电加速度传感器是测量振动的加速度值，而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平方成正比，所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。
1、简介加速度传感器被广泛应用于振动分析和旋转机械的故障诊断。
加速度传感器在使用一段时间后通常需要进行灵敏度校准，但由于传统的校准装置非常昂贵，用户不得不将传感器送到生产厂家去进行校准，这往往需要耗费很长的时间。
MC-20 便携式加速度传感器校准仪正是基于这一需要推出的，它有着加振器和显示屏集成一体的紧凑型设计，体积小巧便携，并且使用干电池供电，可以在短时间内快速校准加速度传感器的灵敏度，非常适合在现场使用。
2、产品特点①标定仪内置了加振器，可以直接读取压电加速度传感器的灵敏度值，标定过程可以在很短时间内完成。
②仪器小巧轻便，方便携带和现场使用。
③可以使用干电池工作，如果在实验室长时间使用也可使用适配器供电。
④对于电压输出型的加速度传感器，标定仪可提供多种驱动电源。
⑤MC-20 标定仪可以记录100 组传感器的标定数据，也可使用USB 电缆进行传输。
⑥标定仪对于灵敏度较低或者体积很小的加速度传感器也可以进行标定。
⑦当和大体积的加速度传感器配套使用时，MC-20 可以当作加振器使用，并可提供10m/s²振动加速度。
3、使用方法（1）将要校准的加速度传感器安装到加振器上。
请用手直接安装（如果使用扳手安装的话，扳手的力矩不能超过2.0N•m）。
加振器是用M6丝锥加工的，因此如安装M6螺丝以外的传感器时，请使用转换螺丝。
此外，也可装上附带的M6-flat转换螺丝，涂上硅胶润滑油，贴紧固定后，进行校准。
（2）请将传感器的输出与input 接头连接。
（3）将电源开关调成on。
（4）传感器是标准型的情况下，请按下选择开关，使normal 灯亮起；传感器是内置前置放大器的情况下，请按下选择开关，使preamp 灯亮起。
加速度计 累计误差
加速度计累计误差
摘要：
1.加速度计简介
2.加速度计累计误差的概念
3.累计误差的影响因素
4.减小累计误差的方法
5.总结
正文：
加速度计是一种常用的惯性测量设备，用于测量物体的加速度。
在日常生活中，加速度计广泛应用于智能手机、运动手环等设备中，用于检测运动状态和步数等。
然而，加速度计在长时间使用过程中，会出现累计误差，从而影响测量结果的准确性。
本文将详细介绍加速度计累计误差的相关知识。
加速度计累计误差是指在长时间使用过程中，由于各种原因导致加速度计输出数据与实际加速度之间的偏差。
这种误差会影响加速度计的测量精度，从而导致设备输出的数据不准确。
累计误差的主要影响因素包括温度变化、振动、电池电压波动等。
首先，温度变化会导致加速度计内部元件的热膨胀发生变化，从而影响传感器的灵敏度。
其次，振动会导致加速度计的内部结构发生形变，进而影响传感器的输出。
最后，电池电压波动会影响加速度计的供电，从而影响其性能。
为了减小加速度计的累计误差，可以采取以下措施：
1.选用高质量的加速度计。
高质量的加速度计具有较低的噪声和漂移，能
够减少累计误差的影响。
2.对加速度计进行定期校准。
定期校准可以消除部分累计误差，提高测量精度。
3.采用滤波算法。
通过数字滤波算法，可以消除振动、温度变化等因素对加速度计输出的影响。
总之，加速度计累计误差是影响测量结果准确性的重要因素。
加速度测量实验方法分享
加速度测量实验方法分享加速度是描述物体在单位时间内速度变化率的物理量，它在科学研究和工程领域中具有重要的应用。
为了准确测量加速度，科学家和工程师们开发了各种实验方法和设备。
本文将分享一些常用的加速度测量实验方法，以及它们的原理和应用。
一、霍尔效应传感器法霍尔效应传感器法是一种常用的测量加速度的方法。
该方法利用霍尔效应传感器，通过测量磁场的变化来间接检测加速度。
具体步骤如下：1. 准备实验装置：将霍尔效应传感器固定在一个物体上，以便能够在物体发生加速度时检测到磁场的变化。
2. 运行实验：给物体施加一个已知的加速度，并记录霍尔效应传感器输出的信号。
3. 数据分析：根据霍尔效应传感器输出的信号，通过相关公式计算得到物体的加速度。
霍尔效应传感器法优点是具有较高的测量精度和稳定性，适用于大部分加速度测量场景。
二、质量轮法质量轮法是一种基于力矩平衡原理的加速度测量方法。
它利用质量轮的转动惯量和转动角加速度之间的关系，来计算加速度。
步骤如下：1. 准备实验装置：将质量轮安装在一个固定的轴上，并通过一段细丝与被测物体相连。
2. 运行实验：施加一个已知的加速度给被测物体，质量轮开始转动。
3. 数据记录与分析：记录质量轮转动的角度和时间，通过计算角加速度，并结合质量轮的转动惯量，计算得到加速度的值。
质量轮法适用于加速度较大的测量场景，在工程实验和车辆安全等领域中得到广泛应用。
三、压电传感器法压电传感器法是一种将压电效应应用于加速度测量的方法。
该方法利用压电材料的特性，在物体受到加速度时产生电荷，通过测量电荷的变化来间接测量加速度。
步骤如下：1. 准备实验装置：将压电传感器固定在被测物体上，以便能够在物体发生加速度时产生电荷。
2. 运行实验：给物体施加一个已知的加速度，并记录压电传感器输出的电荷信号。
3. 数据分析：根据压电传感器输出的电荷信号，通过相关公式计算得到物体的加速度。
压电传感器法具有灵敏度高、响应快的特点，适用于瞬态加速度的测量，广泛应用于航空航天领域和工业生产中。
加速度计 累计误差
加速度计累计误差摘要：1.加速度计的概述2.累计误差的定义和影响因素3.减小累计误差的方法4.结论正文：【概述】加速度计是一种用于测量物体加速度的传感器，广泛应用于智能手机、汽车安全气囊、飞行器等领域。
它通过检测物体在单位时间内速度的变化量，来测量物体的加速度。
然而，在长时间的使用过程中，加速度计会受到各种因素的影响，导致测量结果存在一定的误差，这就是所谓的累计误差。
【累计误差的定义和影响因素】累计误差是指加速度计在连续测量过程中，测量结果与真实值之间的偏差。
其产生的原因主要有以下几个方面：1.传感器漂移：加速度计在长时间的使用过程中，由于环境温度、湿度、磁场等因素的影响，传感器的零点会发生变化，导致测量结果偏离真实值。
2.噪声干扰：在实际应用中，加速度计会受到电磁干扰、振动等噪声的影响，这些噪声会叠加到测量信号上，从而影响测量结果的准确性。
3.传感器寿命：加速度计具有一定的使用寿命，随着使用时间的延长，传感器的性能会逐渐退化，导致测量结果的误差增大。
【减小累计误差的方法】为了提高加速度计的测量精度，减小累计误差，可以采取以下几种方法：1.校准：定期对加速度计进行校准，可以消除或减小传感器漂移的影响。
校准方法有多种，如使用标准加速度计进行比较校准，或者利用传感器自带的校准功能进行自校准。
2.滤波：对加速度计输出的信号进行滤波处理，可以降低噪声干扰对测量结果的影响。
常见的滤波方法有低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
3.冗余设计：在关键应用场景中，可以采用多个加速度计进行测量，通过对多个测量结果进行融合或投票，以提高测量精度和鲁棒性。
4.选择高精度传感器：在硬件选型阶段，可以选择性能优良、精度高的加速度计，以减小累计误差。
【结论】总之，加速度计在长时间的使用过程中，会受到各种因素的影响，导致测量结果存在累计误差。
为了提高测量精度，可以采取校准、滤波、冗余设计等方法来减小累计误差。
物理实验中加速度的测量与分析方法
物理实验中加速度的测量与分析方法引言在物理学中，加速度被定义为物体速度的变化率。
测量和分析加速度是实验室中进行力学研究和动力学分析的基础。
本文将介绍几种常见的物理实验中测量和分析加速度的方法，包括平均加速度的计算、运动传感器的应用以及图像分析技术。
一、平均加速度的计算在物理试验中，我们经常需要测量物体的加速度。
其中最简单的方式是通过测量物体在不同时间下的速度来计算平均加速度。
考虑一个物体在t0时刻的速度为v0，在t1时刻的速度为v1，时间间隔为Δt = t1 - t0。
根据物体的加速度定义，平均加速度可以通过如下公式计算：平均加速度 = (v1 - v0) / Δt这种方法的优点在于简洁易行，适用于大多数物体的运动状态。
然而，需要注意的是，这种方法仅适用于物体的加速度变化较小的情况，否则会引入较大的误差。
二、运动传感器的应用为了更准确地测量加速度，现代物理实验常常采用运动传感器。
运动传感器可以测量物体在不同时间下的位移，并通过位移-时间关系计算出物体的速度和加速度。
一种常见的运动传感器是加速度计。
加速度计基于牛顿第二定律原理，通过测量物体受到的力和质量来计算加速度。
加速度计通常使用微机电系统（MEMS）技术制造，可以广泛应用于物体运动、地震监测等领域。
另一种常见的运动传感器是光栅尺。
光栅尺通过固定的光学栅条和接收器，测量物体的位移。
通过计算位移与时间的比率，可以得到物体的速度和加速度信息。
光栅尺精确度高，适用于高精度的实验测量。
三、图像分析技术除了传统的物理实验仪器，图像分析技术也成为测量和分析加速度的有力工具。
通过对运动过程中的图像序列进行分析，可以获得物体的位移和速度，进而计算出加速度。
一种常见的图像分析方法是基于像素点的轨迹跟踪。
该方法通过追踪物体在图像中的每个像素点的运动轨迹，可以准确地计算出物体的位移和速度。
进一步通过对位移随时间的变化率进行计算，可以得到物体的加速度。
另一种图像分析技术是基于物体轮廓的运动跟踪。
单摆法测重力加速度的系统误差分析与修正
单摆法测重力加速度的系统误差分析与修正摘要：单摆法是用来测重力加速度的一种常用方法，但是它存在着一些系统误差。
本文分析了这些系统误差的来源，提出了一种新的修正方法来消除单摆法测量重力加速度时的系统误差。
介绍：重力加速度的测量是地球物理学研究中的重要内容，它与地质构造和环境变化有关，因此精确测量重力加速度是必不可少的。
我们知道，单摆法是一种测量重力加速度的常用方法，但它存在着一些系统误差。
为了精确测量重力加速度，本文研究了单摆法中的系统误差来源，并提出了一种新的系统误差修正方法。
系统误差来源：单摆法测量重力加速度时，主要受误差源的影响有：1.质量不均匀分布，即单摆摆杆里可能有均匀质量分布和非均匀质量分布两种情况。
2.地心引力，地心引力是由地球自身重力作用于各物体，它会影响测量结果。
3.重力加速度延迟，单摆法质点传感器一定时间内较慢地反应重力加速度变化。
4.各自测量仪器本身的精度、稳定保证，比如，单摆仪的计算性能，重力数据的采集精度，仪器的可靠性等。
系统误差修正方法：针对单摆法测量重力加速度时存在的系统误差，本文提出了一种新的修正方法，采用坐标变换和几何拟合相结合的方法，将系统误差校正为均值为0，方差为系统误差的实验数据，提高了单摆法测量重力加速度的精度。
实验结果：为了验证所提方法的可行性，本文进行了实验。
实验结果表明，采用本文提出的修正方法，可以有效消除单摆法测量重力加速度时的系统误差，从而提高测量重力加速度的精度。
结论：本文分析了单摆法测量重力加速度时存在的系统误差，并提出了一种新的系统误差修正方法，通过实验证明，采用本文提出的修正方法可以有效消除单摆法测量重力加速度时的系统误差，得到更可靠的重力加速度测量结果。
加速度传感器零点漂移校正
加速度传感器零点漂移校正加速度传感器零点漂移校正加速度传感器是一种常见的传感器，用于测量物体在空间中的加速度。
然而，由于各种因素的影响，加速度传感器可能会存在零点漂移的问题，即在没有加速度作用时，传感器仍然会产生一些误差信号。
为了保证测量结果的准确性，需要进行加速度传感器的零点漂移校正。
加速度传感器的零点漂移主要受到温度变化、机械振动和时间漂移等因素的影响。
首先，温度变化会导致传感器内部的电路参数发生变化，从而影响传感器的输出。
其次，机械振动会引起传感器内部的零点位置发生微小的变化，进而导致传感器输出的误差。
最后，时间漂移是指传感器输出的零点值随时间的推移而发生变化，这可能是由于传感器内部元件老化或其他原因造成的。
为了校正加速度传感器的零点漂移，可以采取以下方法。
首先，需要在实验室中对传感器进行预----宋停云与您分享----热和冷却处理，以消除温度变化对传感器的影响。
其次，在使用传感器时，应尽量避免机械振动对传感器的影响，例如通过减震装置或避免在振动环境下使用传感器。
此外，还可以通过传感器自身的校准功能进行零点漂移校正，根据传感器的规格说明书进行相应的操作。
另外，还可以通过软件算法对传感器的输出进行后处理，进一步减小零点漂移的影响。
例如，可以采用平均滤波算法，通过对多次连续测量结果的平均值进行处理，减小零点漂移的影响。
此外，还可以通过建立传感器的模型，利用数学方法对传感器的输出进行修正，以达到更好的测量精度。
最后，需要注意的是，加速度传感器的零点漂移是一个常见的问题，但并不是所有应用场景都需要进行零点漂移校正。
根据具体的应用需求和精度要求，可以权衡校正的成本和收益，选择是否进行校正。
----宋停云与您分享----综上所述，加速度传感器的零点漂移是一个需要重视的问题，对于需要高精度测量的应用来说尤为重要。
通过合理的校正方法和软件算法，可以有效减小零点漂移对测量结果的影响，提高传感器的测量精度。
同时，我们也需要根据具体的应用场景和要求，权衡校正的成本和收益，以找到一个适合的校正方案。
一种加速度传感器的测量误差分析方法_许秀彩
第 3期
许秀彩 ,等 :一种加速度传感器的测量误差分析方法
41
机误差的某项误差予以澄清而明确为系统误差 。 反之 ,当认识不足时 ,也常把系统误差当成了随
机误差 ,并在数据上进行统计分析处理 。 本文通过对压电式加速度传感器的结构原理进
行分析 ,得出了其在与电荷放大器结合使用来测量 速度信号的过程中所出现的误差来源情况 ,并通过 设计实验详细分析了此测量误差的情况 。
42
山 东 轻 工 业 学 院 学 报
第 23卷
近似为一常数 ,能够获得满意的线性响应 。由于压 电式传感器具有极高的固有频率 ,因此其频响范围 很宽 。而其低频响应取决于整个测量回路的时间常 数 。时间常数越大 ,低频响应越好 。当压电传感器 和电荷放大器相配和使用时 ,时间常数达到 105 秒 , 其低频响应已非常好 ,以致可以用来测量接近静态 的缓变振动 [ 2 ] 。
图 4、图 5给出了正弦信号 ,扫频信号和随机信 号激励情况下所得到的两种方法的速度曲线和误差 曲线 。从图中可以看出两种测量方法在针对不同的 激励信号进行测量时得到的速度曲线幅值相差不 大 ,存在着微小的相位差 。这说明两种传感器的安 装位置正确 ,能够同时得到振动板的同一位置的振 动速度 ,也说明了电荷放大器的积分电路有效地抑 制了直流分量 ,将积分常数造成的影响减小 。从图 4 ( a)中还可以看出 ,当振动板由静止状态 ( 2. 3 s之 前 )变为运动状态时 ,两种方法都能够及时的跟踪
第 23卷 第 3期 2009年 8月
山 东 轻 工 业 学 院 学 报 JOURNAL OF SHANDONG INSTITUTE OF L IGHT INDUSTRY
文章编号 : 1004 - 4280 (2009) 03 - 0040 - 04
加速度计标定方法(一)
加速度计标定方法(一)加速度计标定标定是指校准传感器以确保其准确度和可靠性的过程。
在加速度计（accelerometer）使用过程中，进行加速度计标定是非常重要的一步，它能够提高测量结果的准确性。
本文将介绍几种常见的加速度计标定方法，以帮助读者更好地理解和应用加速度计。
方法一：零偏标定（Zero Offset Calibration）零偏标定主要是通过采集静态状态下的数据进行校准，步骤如下：1.将加速度计放置在稳定的平面上，确保不发生位移。
2.采集一段时间的数据，通常在几秒钟到一分钟之间。
3.计算采集到的数据的平均值，并将其作为零偏值。
方法二：尺度因子标定（Scale Factor Calibration）尺度因子标定方法可以校准加速度计的感受性（sensitivity），即加速度计输出和实际加速度之间的比例关系。
下面是一种常见的尺度因子标定方法：1.加速度计放置在重力加速度已知的平面上。
2.测量加速度计输出的数值，并将其除以已知的重力加速度，得到尺度因子。
3.重复上述步骤多次，并计算尺度因子的平均值。
方法三：轴对齐标定（Axis Alignment Calibration）轴对齐标定用于校准加速度计的坐标轴与参考坐标系之间的偏移。
通常，加速度计的坐标轴与参考坐标系的三个轴并不完全对齐，因此需要进行轴对齐标定。
以下是一种常用的轴对齐标定方法：1.放置加速度计在一个固定的平面上，该平面的方向与参考坐标系的一个轴尽可能保持一致。
2.通过施加静态的加速度（例如，旋转平面）或应用静态的力对加速度计进行刺激。
3.记录加速度计的输出并分析数据，计算出与参考坐标系的轴对齐的偏移量。
方法四：温度补偿标定（Temperature Compensation Calibration）温度补偿标定用于校准加速度计在不同温度下的输出变化。
由于温度会对加速度计的性能产生影响，因此温度补偿标定是非常重要的。
以下是一种常用的温度补偿标定方法：1.在不同温度下，分别对加速度计进行静态状态下的测量。
加速度传感器灵敏度中频测试过程中不确定度分析
加速度传感器灵敏度中频测试过程中不确定度分析2.陕西科技大学陕西省西安市 710021摘要：随着现代科学技术的发展，各种加速度传感器被广泛地应用于航空、航天、电子和船舶工业中，对加速度传感器的需求和数值准确性提出了新的要求，本文对加速度传感器灵敏度中频测试过程中一些影响因素，进行了简单的不确定度分析。
关键词：加速度传感器；中频测试；不确定度分析一.测量设备及测量方法的选择选用一套中频振动标准装置。
主要由8305型标准加速度计、4808型标准振动台、2719型功率放大器、2692型电荷放大器、3560-B-020型控制采集器等组成，测量范围为：频率 (20～2000)Hz；加速度幅值: (10～300)m/s2。
采用比较法，将标准传感器和被校仪器背靠背地刚性联接在一起，安装在振动台的台面中心，被检传感器直接安装在参考传感器的顶部，即背靠背检定法，也称比较法。
检定时，参考传感器和被检传感器会感受相同的正弦振动，参考传感器的灵敏度是已知的，通过比较他们的输出，最后换算出被检传感器的灵敏度。
测试原理图如下二. 测量模型采用比较法实现传感器灵敏度测量的数学模型为：式中：参考传感器灵敏度幅值，mV/(m·s-2)；参考传感器输出值，mV；被检传感器输出值，mV；三.不确定度的来源分析不确定度的来源可以包括人员、设备、被测对象、方法、环境等方面带来的不确定性、各种随机影响和修正系统影响的不完善。
不确定度来源分析尽可能做到不遗漏、不重复。
测量中的失误或突发因素不属于测量不确定度的来源。
例如，在测量不确定度评定时，如发现异常值，应仔细分析其产生的原因，在明确是粗大误差时，可考虑剔除该异常值，然后再评定其标准不确定度。
本次测量从以下几个主要因素分析误差的产生：1、由参考传感器套组引入的标准不确定度分量2、横向、摇摆和弯曲振动对输出的影响而引入的标准不确定度分量3、电压测量误差引入的标准不确定度分量4、相对运动对测量的影响而引入的标准不确定度分量5、总谐波失真对电压测量的影响而引入的标准不确定度分量6、安装参数（如扭矩、电缆的固定、模拟质量块等）及基座应变对测量的影响而引入的标准不确定度分量7、传感器参考灵敏度年稳定度影响引入的标准不确定度分量8、电荷放大器増益引入的标准不确定度分量9、环境条件对测量的影响而引入的标准不确定度分量四、通频带灵敏度幅值的相对扩展不确定度评定1、由参考传感器套组引入的标准不确定度分量参考传感器套组的电荷灵敏度值在除参考频率外，工作频率范围下, 激光绝对法的相对扩展不确定度为1.0% (k=2)，因此标准不确定度的分量为2、由横向、摇摆和弯曲振动对输出的影响而引入的标准不确定度分量横向振动影响为最大，中频标准振动台（比较法）检定规程JJG 298-2005中规定，台面中心横向加速度幅值不应大于主振方向加速度幅值的10%；压电加速度计检定规程JJG 233-2008要求，参考传感器振动最大横向灵敏度比应不大于2%；被检传感器的振动最大横向灵敏度比应不大于5%。
加速度计 累计误差
加速度计累计误差加速度计是一种测量物体加速度的传感器，被广泛应用于各种领域，如航空航天、汽车工业、医疗设备等。
然而，在使用过程中，加速度计可能会出现累计误差，影响到测量结果的准确性。
本文将探讨加速度计累计误差的原因及减小误差的方法。
一、加速度计简介加速度计是一种利用惯性原理来测量物体加速度的传感器。
它通过测量物体的振动、冲击或加速度等信号，转换为电信号，从而得到物体的加速度。
加速度计的结构包括敏感元件、信号处理电路等部分。
二、加速度计累计误差的原因1.传感器自身特性：加速度计的敏感度、线性度、频率响应等特性可能会导致误差。
2.环境因素：温度、湿度、气压等环境因素可能影响加速度计的性能。
3.安装方式：加速度计的安装方式对其测量结果有很大影响，如安装位置、支撑方式等。
4.信号处理误差：信号处理过程中，AD转换、滤波等环节可能会引入误差。
5.电源电压波动：电源电压不稳定可能导致加速度计工作不正常，进而产生误差。
三、减小累计误差的方法1.选择高精度的传感器：选用高精度、高稳定性的加速度计可以降低传感器的自身误差。
2.校准：定期对加速度计进行校准，以消除传感器自身的非线性误差。
3.优化安装方式：根据实际应用场景，选择合适的安装位置和支撑方式，减小加速度计的测量误差。
4.改进信号处理方法：采用更先进的信号处理算法，提高信号处理的准确性。
5.稳定电源电压：采用稳压电源或滤波器等设备，保证加速度计工作电压的稳定。
四、总结加速度计在实际应用中可能会出现累计误差，通过了解误差产生的原因，我们可以采取相应的措施减小误差，提高测量结果的准确性。
需要注意的是，减小累计误差是一个持续的过程，需要定期检查和调整加速度计的性能。
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【电子系统设计综合实践 】讲座 2010.09.25(Sat.) (7:20-9:00PM)
自动化系 检测与电子技术研究所 曹丽
caoli@
内容
• 大赛平台和传感器任务分析 • 路径策略和传感器任务
＝》传感器与移动控制策略的协调设计
• 光电耦合器、转速测量，阵列循线 • 光电测距PSD，测距开关 • 传感器安装调试要点 • 传感器与MCU/FPGA/DSP的接口
6
超声波发射和接收电路（例）
无障碍 亮灯
调频
40kHz
超声波测距模块
电工电子实验中使用的模块：
H/L选择 振荡或停止 有无障碍物
比较器 F-V转换、 比较器
参考：何希才等，«传感器及其应用实例»，P149，机械工业出版社
Taobao网上的模块：
接触开关
－－避免小车进入死角出不来 －－代替距离检测开关，不故意碰撞破坏
不受物体颜色、 光反射系数和 光照强度的影响。 模拟电压输出距离。
PSD器件内部电路框图
模拟电压输出 开关量输出
PSD(Position Sensitive Device)测距原理
(1)PSD元件
检测入射光点的位置
P层:A、B两电极、
N层:C电极
半导体
I1 = L − x I2 L + x
x = L( I 2 − I1 ) 重心位置
红外发光和接收模块__回顾
红外发光和接收模块__回顾
38kHz调制红外发光
为什么要调制发光？
周期T＝26us
接收模块能够感应的发光是？
发射数据 模块所需要的载波
实际发射信号
光电器件外观
红外发光二极管 光敏二极管 光敏三极管 …
光电耦合器
940nm, 15º, 20mA 38kHz, 5V, max2.5mA
决赛任务 ……
平台比例图
可能用到的传感器
• 发光检测 提供的红外模块 自制红外接收模块
• 循线检测 反射型光电耦合器
• 转角和转速控制 反射或透射型光电耦合器
• 障碍物检测 红外测距开关（收发一体型）； 超声测距10cm－300cm ； 接触、限位机械开关； PSD光电距离传感器10-80cm。
1
光电传感器的快速入门
7
MCU的结构及功能
PWM
MCU数字输入设备的连接
注意： MCU引脚或 CMOS和TTL的 最大输出 或吸入电流
大赛比什么？
• 比创意 制定策略、目标、方案； 展示创意。
• 比技术、比功夫 模块化设计，全局参数； 制作调试用模块和测试程序。
• 比习惯 进度；结构图，流程图，沟通记录文档； 测试结果记录和分析。
• 小车载物等配重变化导致重心变化 • 天气、油污等环境变化导致轮胎摩擦系数变化
• 跑直线不容易 • 严格90度转弯的调试烦琐
转角检测和控制
基本控制模式： • 直进 • 转弯（90度） • 旋转（微调） f是什么？PWM的频率
转角计算
•内轮速度ωi，外轮速度ωo
ωi = Ri , ωo Ro
ωi = R − L 2 ωo R + L 2
大赛平台
黑线框宽35mm： 距离外沿200mm 距离发光障碍220mm 距离中心障碍700mm
平台照片
大赛平台
场地 2000 X 2000mm
障碍 Ф200 H270mm Ф160 H110mm
车身 273 X 123mm
平台比例图
传感器任务和路径策略
任务① 循线
任务② 检测障碍
任务③ 检测平台发光
光电传感器抗干扰措施
－－发射和接收信号的调制解调
红外LED 发光脉冲信号
光敏三极管PT 传感器输出
高通滤波
光干扰： －照明光； －地面反光; －闪光灯； ……
接收脉冲信号 干扰光
信号水平高/低 ＝》光反射强/弱 ＝》地板白/黑 ＝》距离近/远 ＝》入射光强/弱
（红外LED，PT）阵列传感器
黑线偏置检测 障碍高度检测
超声测距时序图
t1
发射信号 接收信号
t2
障碍回波
40kHz (T=25μsec)
t1=0.1msec, 4个脉冲； t2=25msec，每秒40次测量
比较电压
不可测区
t3
t3=nT; C=340m/sec X＝（C*t3）/2 例： x=1m, t3=6msec x=50cm, t3=3msec x=10cm, t3=0.6msec
• 光：分可见光、红外光等，940nm红外发光。 • 发光管：发光强度与通过电流成比例。 • 光电感应原理：半导体PN结，
吸收光子能量，电子迁跃，… 开放电压，短路电流 • 光电传感器模拟量输出： 输出电流（电压）与光强成比例 离光源越近输出信号越大；扩散和衰减 正对光源比斜对光源输出信号大；指向性 • 光电传感器开关量输出： 和阈值电压比较，输出H/L电平。
开关颤动和去颤动电路
4.7kΩ
SP：单刀 DT：双掷
NO：常开 NC：常关
单一转换数字电路
RS触发器的内部结构和时序
传播延时
微动开关控制LED灯的实验
LED_1 LED_2
常开 微动开关
实验：用微动开关逐次开关LED_1， 开关一定次数后，点亮LED_2
发现：没有开关那些次数，LED_2就亮了，为什么？
I1 + I2
A 光电流 I1
L
(2)PSD三角测量
已知焦距L和基线长D PSD输出漫反射光点的位置d －〉求距离S (S=LD/d)
x 光电流 I2
P
I
N 阴极
L
阳极
B
聚光透镜
红外LED
D
d
S
L
PSD
PSD器件－－开关量输出
Hysteresis width
5
光电距离传感器（开关量）
可变电阻 指示灯
光电耦合器 （Photo Coupler）
10mA~ 20mA
R1 180
R2 4.7k
集电极反相输出
5V
(a)透射型
(b)反射型
2
自制码盘
透明胶片上印刷： －》透射型光耦
白纸上印刷： －》反射型光耦
码盘、光耦及脉冲输出
－－光耦输出波形整形（例）
为什么需要自制码盘
• 给两个电机同样的PWM驱动，应该跑直线！？ • 转弯处适当调整左右电机的转速！？
3
小车基本动作的测试要点
直线运动： 直进性能和偏差，机械调整 最高速度（最大限） 达到最高速度的快速稳定启动， 加速和减速曲线的确定 刹车距离和摩擦性能测试
90度转弯： 到达目标点的判断和减速曲线设置 转动轴线的中点在交叉点或其他 制动和free的不同
线条检测
黑白地面： 光反射系数不同； 反射型光电耦合器； 传感器阵列。
•白纸和浅色地板：反射系数不同，留出可调余地。 •目标条件下，明和暗的区别，差值重要。
•设置传感器和电机的电源开关，用不同电源，分别测试。
左中右式路面反射光检测（例）
4
左中右式反射光检测电路（例）
左
10KHz
去噪
发光
中
右
暗色＝》H
光电测距器件: SHARP GP2D12
PSD器件: GP2Y0A21
加油！
8
X（cm）
可变电阻调发光强度 O －》对应限位距离；
可调范围15－70cm； （滞环距离约8mm）
超声波距离传感器
R T
0.1－3m
555 555
压电换能器
屏蔽栅 外壳 圆锥振子 双晶陶瓷片 支柱 电极端子
发射超声波
激励 电压
接收超声波 输出 电压
压电换能器的激励和接收
谐振频率：40kHz； 适合空气中传播
•（加/减速－匀速－加/减速） f
右轮
• 返回正前方姿态
左轮
t
f
右轮
左轮
左轮
右轮
t
控制策略
左偏大 左偏小 居中 右偏小 右偏大
右急转 右转 直进 左转 左急转
直流电机转动量的控制： • 转动时间？经验调试 or 反馈控制 • 车轮转角检测？编码器 or not • 黑线或障碍检测？主动 or 被动检测 • 指令执行周期影响？
超声波测距性能
• 最大测量距离：声波在空气中衰减； － 增加发射功率：
增加脉冲个数，增加电压等。
• 测量盲区（最小测量距离）：发射串扰信号； － 降低最小距离：
减小脉冲个数，提高声波频率等。
• 距离测量分辨率：计时分辨率； － 10MHz时钟＝》间隔0.1μsec＝》距离分辨0.017mm； － 100kHz时钟＝》距离分辨1.7mm。
反射型光耦的设计及安装的要点
•焦距（最大灵敏度，几个mm） •焦点深度（浅，需要精密设置），
（机械振动或地面不平整对输出有影响）
•在到达反射面距离相同的条件下，反射光强代表反射系数。 •可见照明光中有红外光，遮挡或抗干扰措施。 •红外灯无法视觉确认其动作，用指示灯。
•筛选特性一致的传感器，或依靠可变电阻进行调整。