加速度计校准数据处理系统设计

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基于虚拟仪器的加速度计测试系统方案设计

基于虚拟仪器的加速度计测试系统方案设计

关键 词 :虚拟仪器 ; 测试系统 ; 加速度 计
中 图分 类 号 :TP 1 +. 26 1 文献 标 识 码 :B
Te tng s s e o c e e o e e s d o it a n t u e t s i y t m f r a c l r m t r ba e n v r u li s r m n
的测试特别是对误差系数 的标定提出了很 高的要求。 目 前加速 度计测试 工 序多 , 作 复杂 , 容 易 引起 误 操 作 , 操 很 同
时测 试系统 不能满 足 自动化 、 快速 化 的测试 要 求 。随着 虚 拟仪 器技 术 的 飞 速 发 展 , 现 了 P I 出 X 总线 。P I 线 是 X 总 PI C 总线 的一种 扩展 总线 , 其模块 化 、 由于 通用 性 以及标 准 化及软 件兼容 性设计 等优 点 , 之 成 为 目前应 用 最 广 泛 的 使 测试 总线 。基 于 P I 线 的优 点 以及 为 了 有效 的 提高 测 X 总 试效 率和 自动化水 平 , 设计 了基 于 P I X 总线 的加速 度计 自 动化 测试系 统 。
Ke wm ̄s y l :PXI u o t s i g s s e ;a c l r m e e ;a t e t y tm n ceeo tr
O 引

度计 的简化模 型如式 ( ) 1:
U — k + ka + ka o lf z () 1
导 弹武器 系 统 的射 击 精 度 偏 差 主要 是 由惯 性 器 件 测 量误 差 引起 的 , 而加 速 度计 占其 大 部 分 , 因此 对 加 速度 计
式 中 :。 k 为加 速度 计 的零 偏 ; k 为加 速度计 的标 度 因数 ; 。 为加速 度计 的二 阶非 线性 系数 。 加 速度计 在各 个位 置的输 出可 以表示 为式 () 2:

单轴加速度计信息采集系统设计

单轴加速度计信息采集系统设计

De in o n l— xsAc ee o sg f Sig e— i c l r me e g a q iio se a tr Sin l Ac ust n Sy t m i
YUE u — e g ,YU a d n 。 Ch n fn Hu — o g ,DUAN Fe g y n XU Jn k i。 I a — o g n -a g i — a L o ln Xi
Ab t c : hs p p rp e e t a n w sn l - x s a c l r mee in la q ii o rg a I h r g a we c n s r t T i a e r s ns e i ge a i c ee o tr s a c u s in p o r m n t e p 0 rm a a g t

i t ii lb h g r cso 4 b tA/ c i no dg t y t e hih p e iin 2 i a D hp AD7 3 I h a e o ma l u r n au , h v tm l as 7 2 n t e c s fs l c r tv 1 e t e s s e e wi lo J

要 :为 了实现对惯 导 系统中加速度计信 号的采集 ,本文提 出了一种新的单轴加速度计信 息采集方案 该
方案是 将加速度计输 出的 电流信 号通过采样 电 阻转化 成电压信号 ,再 由高精度 MD芯片进行模/ 转换 .在 教 小电流情况下,运 用切换采样 电阻值 的方 式将 小电流信 号转换成 大电压信 号。从 而充分利 用 了 AD芯片的量 / 程 ,提 高了加速度计信 息采集精度 。实验证 明,该方法 可以提 高信号 的采 集精 度 ,使得在 小电流情 况下加 速

加速度监测数据校正(1)

加速度监测数据校正(1)

加速度检测仪数据校正摘要本文针对声屏障检测仪内部加速度检测器的数据校正,利用题中所给的加速度数据,在校正的过程中,我们结合物理运动规律、离散型随机变量等知识,建立了加速度-速度、加速度-位移仿真模型,运用组合辛普森算法、卡尔曼滤波器、正负补偿法等方法消除了随机误差和系统误差的影响,使物体运动规律符合实际情况,并将模型推广运用到其他领域。

针对问题一中声屏障的速度、位移的仿真计算以及误差分析,我们基于s-,基a-av本物理公式建立计算声屏障运动速度和位移的仿真模型,采用高精度的组合辛普森积分公式,通过仿真计算分别绘制出三种情形下的速度、位移-时间关系图,将仿真图与理想情况相对比,我们发现存在系统误差和随机误差。

因此我们分别从系统误差和随机误差2个角度对数据进行定性和定量的误差分析。

问题二中,利用问题一中速度和位移的数值积分计算模型和误差分析结果,以尽量消除系统误差与随机误差,使得速度和位移的计算结果基本符合物体运动事实为目标,对加速度数据进行校正。

我们利用卡尔曼滤波对加速度数据进行降噪处理,然后利用正负补偿法消除系统误差,有效的校正了数据,将校正后的数据代入问题一所建模型中建议,发现物体运动规律符合实际情况,即最终速度为0,位移为一稳定值。

问题三中,改进后的加速度数据校正模型可以推广应用到生产生活中,如电梯的加速度测量、油井示功图位移测量技术、惯性导航系统、胎儿心率检测仪等等。

本文最大的特色在于利用精确度较高的组合辛普森算法,并且综合卡尔曼滤波法和正负补偿法分别减小了随机误差和系统误差的影响,具有一定的可靠性。

关键词:组合辛普森算法、卡尔曼滤波、正负补偿法、数据校正一、问题提出声屏障是一种控制铁路、公路、高速铁路等各种道路行车对周围环境的噪声污染有效措施之一,随着列车的大幅度加速,脉动风交替出现在列车两侧,从而引起对声屏障的拉压作用,声屏障发生摆动。

正常状态下,声屏障的摆动应当在一定的范围内,当超过正常范围则需要对其进行加固维修。

高精度电容式MEMS加速度计系统设计

高精度电容式MEMS加速度计系统设计

高精度电容式MEMS加速度计系统设计李宗伟;杨燕;熊兴崟;丛宁;辛维;韩可都【摘要】A low precision,high speed analog digital converter(ADC) is embedded on the basis of traditional Σ-Δ architecture,to simplify analog interface circuit design of capacitive MEMS accelerometer system.ADC is used to convert analog voltage signal of analog front end amplifier output to digital signal.Based on capacitive MEMS accelerometer system embedded with an ADC,an over sampling average digital algorithm is used to evaluate the signal,which can effectively reduce the system requirement of the noise performance of front end amplifier.This method provides potential to achieve low power consumption and high precision design.Simulation results show that SNR of accelerometer presented is improved about 10 dB than that of system without using over sampling average technique.%在传统Σ-Δ架构基础上,引入了低精度高速模/数转换器(ADC),将前置放大器输出的模拟电压信号转换为数字信号,有利于简化电容式微电子机械系统(MEMS)加速度计系统模拟接口电路设计.在嵌入ADC的MEMS加速度系统中,采用过采样平均数字算法对信号进行估计,有效降低系统对前置放大器噪声性能的需求,利于实现低功耗和高精度的设计目标.仿真结果表明:与未采用过采样平均技术相比,当前置放大器输出等效噪声大于1μV/Hz时,系统的信噪比(SNR)提高了约10dB.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】5页(P98-101,104)【关键词】微电子机械系统;Σ-Δ;模/数转换器;数字环路滤波器;过采样平均【作者】李宗伟;杨燕;熊兴崟;丛宁;辛维;韩可都【作者单位】中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院油气资源研究重点实验室,北京 100029;中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院油气资源研究重点实验室,北京 100029;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院油气资源研究重点实验室,北京 100029;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院油气资源研究重点实验室,北京 100029;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院油气资源研究重点实验室,北京 100029;中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院油气资源研究重点实验室,北京 100029【正文语种】中文【中图分类】TP212;TN432微电子机械系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)加速度计具有微小型化,低功耗,高精度等优势,在惯性导航,消费电子以及石油勘探等领域[1~4]得到了广泛的应用。

MEMS加速度计传感器专用ASIC简介及设计

MEMS加速度计传感器专用ASIC简介及设计

MEMS加速度计传感器专用ASIC简介及设计王浩(无锡华润上华科技有限公司设计服务中心,上海,200072)摘要:MEMS做为本世纪前沿技术,有着非常广阔的前景,越来越受到业界专注。

本文介绍了华润上华设计中心研发的3轴加速度计的原理及ASIC电路设计,该电路由前置放大器、增益失调调节电路、模数转换器、温度感应器及数字信号处理电路等组成。

本电路结构简单,精度高,功耗低,能很好地满足系统中惯性及加速度的测量。

关键词:微电机系统;加速度计;模数转换器;前置放大器;温度传感器;增益失调校准MEMS Accelerometer ASIC Introduction and DesignWANG Hao(Design service center,CSMC technologies Corporation,Shanghai200072,China)Abstract:As advanced technology of this century,MEMS has a very broad prospect and is increasingly focused by the industry.This paper introduces the principle and ASIC circuit design of the3-axis accelerometer developed by CSMC Design Center.The circuit consists of preamplifier,gain offset adjustment circuit,analog-to-digital converter, temperature sensor and digital signal processing circuit.The circuit has the advantages of simple structure,high pre-cision and low power consumption,and can well satisfy the measurement of inertia and acceleration in the system. Key words:MEMS;Accelerometer;ADC;PA;TS;GOC1概述传感器是工业4.0时代的重要角色,随着物联网在工业领域的应用推广,越来越多的设备需要采用传感器采集数据,进一步去挖掘数据的价值,通过数据分析提升设备效率,预测一些可能发生的事情,减少停机损失,让工厂更贴近市场需求。

基于Microblaze的MEMS加速度计信号处理系统

基于Microblaze的MEMS加速度计信号处理系统

基于Microblaze的MEMS加速度计信号处理系统孟桂芳;周文闻;王芃【摘要】针对目前MEMS加速度计信号处理系统在应用中满足小型化的需求,设计出了基于Microblaze的MEMS加速度计信号处理系统.采用FPGA作为硬件基础,嵌入软核CPU,扩展ADC、温度传感器、EEPROM、UART等外设接口.设计出了数字滤波器的原型,并通过递推算法在片内实现其功能.根据实测的加速度计温度曲线,通过多项式数据拟合的方法得出了零g下加速度计零偏关于温度的函数.实验结果表明,所设计的信号处理系统能准确采集加速度信息并传送给上位机,同时在启动温度补偿算法以后,加速度计的温漂得到了一定的改善,满足了加速度计系统实现高度集成化的需求.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2013(000)012【总页数】4页(P84-86,89)【关键词】微机械;加速度计;软核处理器;可编程逻辑门阵列;温度补偿;数字滤波器【作者】孟桂芳;周文闻;王芃【作者单位】苏州工业职业技术学院电子与通信工程系,江苏苏州215104;北京博电新力电气股份有限公司,北京100083;清华大学精密仪器系,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言加速度计是一种以牛顿惯性定律为基础的传感器,用于测量物体的加速度值。

以硅为材料的加速度计在最近20年得到了快速的发展,出现了硅电容、硅压阻、硅压电、厚膜应变、力平衡、电子隧道和热传导等多种加速度计,并广泛应用于航空、航天、机械、自动控制等诸多领域。

电容式微机械(MEMS)加速度计以其具有相对高的灵敏度,较好的温度特性,低的功耗以及能够工作在力平衡模式等优点而一直被作为加速度计研究的主要方向之一。

MEMS加速度计具有体积小、重量轻、成本低、功耗低等特点[1-2]。

提高MEMS加速度计性能指标的最大瓶颈是要解决加速度计的漂移问题,包括两类漂移:零g情况下,输出随温度变化而出现的温漂,以及输出随时间变化而出现的时漂。

测控技术及仪器类毕业论文——加速度计校正系统的研制

测控技术及仪器类毕业论文——加速度计校正系统的研制
作为传感器家族的一个重要分支,加速度传感器在生产生活、军事国防等领域的应用越来越广泛。传统的加速度传感器主要是电阻应变式和电容式。其典型结构如图⑴和图⑵所示。
图⑴应变式加速度传感器
1惯性质量块2等强度梁3腔体图⑵电容式加速度传感器
4限位块5应变片6壳体
应变式加速度传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。应变式加速度传感器是利用电阻应变片受力变形而引起阻值变化的原理制成的,然而加速度是运动参数,所以首先要经过弹簧的惯性系统将加速度转换为力,再作用弹性元件上。如图⑵所示,在等强度梁2的一端固定惯性质量块1,梁的另一端用螺钉固定在壳体6上,在梁的上下两表面粘贴应变片5,梁和惯性块的周围充满阻尼液,用以产生必要的阻尼。测量加速度时,将传感器壳体和被测对象刚性连接。当有加速度作用在壳体上时,由于梁的刚度很大惯性质量也以同样的加速度运动,其产生的惯性力正比于加速度a的大小,惯性力作用在梁的端部使梁产生变形,限位块4是保护传感器在过载时不被破坏。这种传感器虽然制造工艺简单,但体积较大,广泛应用于低频振动的测量。电容式加速度传感器是以各种形式的电容作为变换器或传感元件,将被测的物理量的变化转化为电容变化的传感器。如图⑵所示,传感器有两个固定电极和一个可动电极。动电极作为振动质量由弹簧片支撑在两个固定电极之间,当g=0时,C1=C2,当g≠0时,质量块振动,从而改变动电极和固定电极的间隙,引起电容值的变化。这种传感器的优点是频率响应范围大,量程范围大,但是受弹性系统设计的限制。
在这样的背景下,制造一种体积相对较小,加工工艺比较简单,价格也适宜的加速度传感器已经是必然的趋势。一种新型的水银加速度传感器就满足了以上所有要求。众所周知,当物体静止在水平面上时,其所受的加速度为零。设物体逆时针方向旋转为正,当物体沿逆时针方向旋转θ(0<θ<90o)角,其所受的加速度为gsinθ。当θ=90时。物体所受加速度为g。同理,当物体沿顺时针方向旋转θ(0<θ<-90o)角时,其所受的加速度为-gsinθ。这种传感器就是利用此原理制造的。将水银液滴密封在一个立方体中,水银液滴与各面都有接触,当立方体旋转不同角度时对应不同的加速度,此时水银液滴与立方体的接触面积改变,从而引起电容的变化,这样就可以建立电容值变化与加速度的一一对应关系,达到测量加速度的目的。

基于PCI04总线的加速度计数据采集系统设计与实现

基于PCI04总线的加速度计数据采集系统设计与实现
是 国内外关 注 的重 点 。 由 于在 捷 联 惯 导 系统 中
成了 温漂 、 零偏 等 自校 正 和 补 偿 功 能 , 时 内 部 同
集成 模拟 低通 和数 字滤 波器 , 高 的集 成 度带 来 更
对 采集 系统 要求 很 高 , 统 的设 计 方 案 和工 程实 传 践 都不 尽 如 人 意 。 P 1 4是 一 种 专 门为 嵌 入 式 C0 系统而 定义 的控 制 总线 , 有 体积 小 、 耗低 、 具 功 可 靠性 高 、 护方 便 、 P 机兼 容 等 c ust n s se ( aaaq iio y tms ADAS s c s IF c n e tra d A/ c ust n h v i tt n n t sig Th rfr .a i ) u h a / o v re n D aq iio a e 1 ai s i etn . i mi o eeo e
采 样 方 案 设 计 的 加 速 度计 数 据 采 集 系统 在 测 试 中 均 有 局 限性 , 此 基 于 P 0 因 C14总 线 提 出 IF 和 A/ 相结 合 / D 的 方 法 , 计 了高 精 度 加 速 度 计 数 据 采 集 系 统 , 系统 同 时具 有 IF和 A D 方 案 的优 点 。 从 参 数 标 定 中 可 以 设 该 / / 看 出 . 论 是 精 度 、 时 性 、 靠 性 , 是 动 态 测 试 范 围 都 得 到 了 极 大 的 改 善 , 中测 量精 度 远 高 于 1 一 g 无 实 可 还 其 0 。 关 键 词 :C14总线 ;/ ; / 数 据 采 集 ; 定 P 0 IF A D; 标
的优缺 点和使 用 范 围。 若 采用 A/ D方 案 , 面上有 大 量 的 ADC芯 市 片可供 选用 , 转换 速 率 能 达 到几 n , s 采样 频率 一

加速度监测数据校正(1)概要

加速度监测数据校正(1)概要

加速度检测仪数据校正摘要本文针对声屏障检测仪内部加速度检测器的数据校正,利用题中所给的加速度数据,在校正的过程中,我们结合物理运动规律、离散型随机变量等知识,建立了加速度-速度、加速度-位移仿真模型,运用组合辛普森算法、卡尔曼滤波器、正负补偿法等方法消除了随机误差和系统误差的影响,使物体运动规律符合实际情况,并将模型推广运用到其他领域。

针对问题一中声屏障的速度、位移的仿真计算以及误差分析,我们基于s-,基a-av本物理公式建立计算声屏障运动速度和位移的仿真模型,采用高精度的组合辛普森积分公式,通过仿真计算分别绘制出三种情形下的速度、位移-时间关系图,将仿真图与理想情况相对比,我们发现存在系统误差和随机误差。

因此我们分别从系统误差和随机误差2个角度对数据进行定性和定量的误差分析。

问题二中,利用问题一中速度和位移的数值积分计算模型和误差分析结果,以尽量消除系统误差与随机误差,使得速度和位移的计算结果基本符合物体运动事实为目标,对加速度数据进行校正。

我们利用卡尔曼滤波对加速度数据进行降噪处理,然后利用正负补偿法消除系统误差,有效的校正了数据,将校正后的数据代入问题一所建模型中建议,发现物体运动规律符合实际情况,即最终速度为0,位移为一稳定值。

问题三中,改进后的加速度数据校正模型可以推广应用到生产生活中,如电梯的加速度测量、油井示功图位移测量技术、惯性导航系统、胎儿心率检测仪等等。

本文最大的特色在于利用精确度较高的组合辛普森算法,并且综合卡尔曼滤波法和正负补偿法分别减小了随机误差和系统误差的影响,具有一定的可靠性。

关键词:组合辛普森算法、卡尔曼滤波、正负补偿法、数据校正一、问题提出声屏障是一种控制铁路、公路、高速铁路等各种道路行车对周围环境的噪声污染有效措施之一,随着列车的大幅度加速,脉动风交替出现在列车两侧,从而引起对声屏障的拉压作用,声屏障发生摆动。

正常状态下,声屏障的摆动应当在一定的范围内,当超过正常范围则需要对其进行加固维修。

高精度电容式微机械加速度计系统的研究与设计的开题报告

高精度电容式微机械加速度计系统的研究与设计的开题报告

高精度电容式微机械加速度计系统的研究与设计的开题报告一、选题背景及意义加速度计是一种广泛使用的传感器,被用于测量物体的加速度和振动。

在现代工业和科学研究中,加速度计被广泛使用于航空航天、机械工程、地震学、车辆运动控制和医学领域等。

电容式微机械加速度计作为一种新型的加速度计,在微型化、低功耗和高精度方面有着明显的优势。

因此,受到了工程研究和应用领域的广泛关注。

本文将研究和设计一种高精度的电容式微机械加速度计系统,旨在提高加速度计的测量精度和稳定性。

本研究将从加速度计传感器的设计和制造、信号放大和采集、数据处理和分析等方面入手,探索一种可行可靠的高精度电容式微机械加速度计系统。

二、研究内容1. 加速度计传感器的设计和制造:通过对常用纳米加工工艺的分析和比较,选择适合制造电容式微机械加速度计传感器的加工工艺;在此基础上,进行传感器结构设计和模拟,并利用微纳制造技术制造出加速度计传感器。

2. 信号放大和采集:设计电路实现对加速度计传感器输出信号的放大和滤波,并通过模数转换器把模拟信号转换成数字信号。

3. 数据处理和分析:使用MATLAB等工具对读取的数据进行初步处理和分析,提取加速度信号的主要特征,计算加速度的大小、方向和频率等参数。

三、研究方法与步骤1. 文献调研:对电容式微机械加速度计的发展历程、技术原理、常用加工工艺、信号处理与数据分析方法等方面进行文献调研和对比分析,明确研究方向和目标。

2. 传感器结构设计和模拟:基于MEMS技术,采用有限元仿真工具对加速度计传感器进行结构设计和模拟分析,确定传感器的尺寸、形状和材料等参数,得到传感器的静态和动态特性。

3. 加工技术选择和实验制造:根据仿真分析结果,选择适合制造加速度计传感器的纳米加工技术,并进行实验制造。

包括硅基材料的薄膜制备、图形转移、微加工、精密组装等步骤。

4. 信号放大和采集电路设计:根据加速度计传感器的特点,设计合适的信号放大和采集电路,包括前置放大、滤波和A/D转换器等部分,并进行电路仿真和实验验证。

低功耗高精度电容式加速度计系统的设计与研究的开题报告

低功耗高精度电容式加速度计系统的设计与研究的开题报告

低功耗高精度电容式加速度计系统的设计与研究的开题报告一、选题背景加速度计是测量物体加速度的关键设备。

目前,由于人们对生活质量和健康的要求越来越高,加速度计在医疗、航天、汽车、智能手环等领域的应用越来越广泛。

但是,由于传统的加速度计功能单一、功耗较高等问题,在实际应用中存在一系列的限制。

因此,开发一种低功耗高精度电容式加速度计系统,已经成为了当前重要的发展方向和研究热点。

二、选题意义目前多数加速度计使用压电晶体或微机械加速度计,这些传感器的容错性较差,而且易受干扰,其测量的精度和灵敏度都有所限制。

而电容式加速度计作为一种新型的加速度测量方法,能够准确测量物体的加速度。

因此,设计一种低功耗高精度电容式加速度计系统,能够大幅度提高现有传感器的灵敏度和准确度。

三、研究目标本研究旨在设计一种低功耗、高精度、全数字化的电容式加速度计系统。

该系统将采用微电子技术、信号处理技术和计算机控制技术等多种技术手段,结合传感器设计、信号采集、信号处理机制的优化等多个方面,来实现对物体加速度的高精度测量。

具体研究内容包括:1.设计和制作电容式加速度计传感器2.研究传感器对加速度的灵敏度影响因素3.研究传感器的有效容量和采样率的选择4.研究数据采集和信号处理算法5.优化系统功耗并开发可供使用的电源管理系统四、研究方法1.进行理论分析和实验验证,确定系统各项设计指标2.设计并测试电容式加速度计传感器3.研究传感器的灵敏度、信噪比和动态响应等性能指标4.设计和搭建低功耗的数据采集和信号处理系统5.对系统的功耗进行分析和优化6.对系统进行综合测试和性能评价五、预期成果1.一套完整的低功耗、高精度电容式加速度计系统的设计方案2.制作并测试出一种高性能的电容式加速度计传感器3.对传感器灵敏度、信噪比和动态响应性能等进行详细的实验研究和机理分析4.开发出一种高效的数据采集和信号处理算法5.进行功耗分析和优化,设计出一种有效的电源管理策略六、研究进度计划1.前期准备(2个月):系统调研和技术方案制定2.传感器设计和制作(4个月):选取材料、设计和制作传感器3.传感器性能测试(2个月):对传感器进行实验研究和性能测试4.数据采集和信号处理算法研究(3个月):开发高效的数据采集和信号处理算法5.电源管理系统设计(2个月):设计合理的电源管理策略6.系统集成和测试(3个月):对整个系统进行集成和性能测试七、参考文献1. 张阳,孙冬梅. 低功耗高精度MEMS三轴加速度计系统设计[D].浙江大学,2013.2. 周丽,苗长虹,臧会坤. 基于MEMS的低功耗高精度三轴加速度计设计[J].光学精密工程,2011,19(2):320-328.3. 李亮,金洪通,王立民. 一种MEMS电容式加速度计的设计与实现[J].电子科技,2012(11):72-79.。

加速度传感器电路设计与数据处理算法

加速度传感器电路设计与数据处理算法

加速度传感器电路设计与数据处理算法概述随着科技的发展,加速度传感器广泛应用于可穿戴设备、汽车安全系统、智能手机等领域。

本文将讨论加速度传感器电路设计与数据处理算法的相关内容,介绍加速度传感器的基本原理以及常用的电路设计方案和数据处理算法。

1. 加速度传感器基本原理加速度传感器是一种测量物体加速度的装置。

它通过测量由物体产生的惯性力来精确测量物体在三个方向上的加速度。

常用的加速度传感器包括压电式、微机电系统(MEMS)式和霍尔式等。

压电式传感器基于压电效应,当物体受到外力作用时,引起压电材料产生电荷分布的变化。

通过测量电荷的变化,可以推断物体的加速度。

这种传感器具有较高的测量精度和频率响应,但成本较高。

MEMS式传感器基于微机电系统技术,通过微米级电极和敏感质量体的结构,测量感应质量体的微小变位。

这种传感器具有小巧轻便、功耗低的优点,并广泛应用于移动设备和汽车等领域。

霍尔式传感器基于霍尔效应,通过测量磁场的变化来推断加速度。

这种传感器具有高灵敏度和良好的温度稳定性,但受到外界磁场的干扰较大。

2. 加速度传感器电路设计在加速度传感器的电路设计中,主要考虑传感器的功耗、噪声、输出电压范围和抗干扰性等因素。

为了减小功耗,可以采用低功耗的运放和电源管理电路,保证传感器的正常工作并延长电池寿命。

为了减小噪声,可以采用金属屏蔽以及滤波电路。

金属屏蔽可以有效地减少传感器周围的电磁辐射干扰,而滤波电路可以滤除高频噪声。

为了保证输出电压范围,可以采用自适应增益控制电路和电流平衡电路。

自适应增益控制电路能够根据实际情况调整传感器的增益,提高信号的动态范围。

电流平衡电路能够减小由于工艺差异引起的零点漂移。

为了提高传感器的抗干扰性,可以采用差分信号放大器和通道隔离电路。

差分信号放大器能够抵抗共模信号干扰,提高信号的稳定性。

通道隔离电路能够将传感器与处理器之间的电气耦合分开,减少互相之间的干扰。

3. 加速度传感器数据处理算法加速度传感器数据处理算法是将原始传感器数据转化为可用于后续应用的信息的过程。

汽车加速度检测系统设计终稿

汽车加速度检测系统设计终稿

毕业设计说明书汽车加速度检测系统设计专业自动化学生姓名Marshal班级自动化142学号1410060793指导教师张春富完成日期2018年5月20日汽车加速度检测系统设计毕业设计说明书独创性声明本人声明所呈交的毕业设计说明书是本人在导师指导下进行的研究、设计工作后独立完成的。

除了文中特别加以标注和致谢的地方外,说明书中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究所做贡献集体和个人,均己在说明书中作了明确的说明并表示谢意。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

毕业设计说明书作者签名(手写):日期: 年月日指导教师签名(手写):日期: 年月日盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2018)汽车加速度检测系统设计摘要:当今社会,人们的生活状况得到显著提升,汽车作为一种代步工具逐渐地走进千家万户,成为人们出行的重要代步工具。

一方面,汽车的普及给人们带来出行的便利与驾驶的舒适。

但是,一次次的汽车事故足以引起人们对汽车行驶安全问题的关注。

汽车行业的技术人员也在不断尝试解决汽车的安全问题,不断的努力去降低汽车出现事故时对驾乘人员造成的伤害。

当今,大量MEMS传感器应用于汽车安全气囊、行车安全预警系统之中。

安全气囊是汽车出现重大交通事故时,驾乘人员的最后一道生命保障;行车安全预警系统可以提前告知司机有可能的安全隐患,提醒司机及时做出路况判断。

加速度信息对以上两种技术手段,特别是安全气囊有着至关重要的作用。

基于以上原因,汽车在行驶过程中的加速度信息作为汽车行驶状态的重要参数,也是汽车安全系统和车身稳定系统的重要输入参数,因此对其进行实时精确测量具有重要的实际意义。

这里设计了一个汽车加速度检测系统。

加速度检测系统使用量程为±50g的加速度传感器作为检测系统的加速度信息的采集芯片。

加速度信息经过模数转换后,将转换的结果送到加速度检测系统控制器。

控制器将加速度值送到LCD1602液晶显示器进行显示,同时把加速度值通过CAN总线传输到汽车电脑。

加速度测试系统设计

加速度测试系统设计

机械工程测试技术基础目录1.简介2.测试方案设计3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成3.1.2工作原理3.1.3灵敏度3.2电荷放大器3.2.1测试电路图3.2.2数据计算处理3.3动态信号分析仪4.实验测试流程5.说明总结6.参考文献压电加速度测试系统1.简介现代工业和自动化生产过程中,非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。

所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定,即被测量为变量的连续测量过程。

它以动态信号为特征,研究了测试系统的动态特性问题,而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。

振动与冲击测量的核心是传感器,常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。

压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应,当材料受力作用而变形时,其表面会有电荷产生,从而实现非电量测量。

压电式传感器具有体积小,质量轻,工作频带宽,结构简单,成本低,性能稳定等特点,因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。

所以在此设计了一种压电式加速度测试系统,能够满足测试0—3G的低频率加速度测试。

2.测试方案设计系统组成:压电加速度传感器、电荷放大器、动态信号分析仪被测对象的振动加速度信号经传感器拾振,由传感器电缆将加速度信号送入该系统电荷放大器,电荷放大器将信号转换成电压信号并放大,通过数据采集测试仪采样,便实现对信号的采集。

最后在PC 端对实验数据进行处理并显示。

如下图所示3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成由质量块、压电元件、支座以及引线组成如下图所示3.1.2工作原理压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。

这些压电材料,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象 ,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后,又重新恢复不带电的状质压电元件支座输出引线态;当作用力的方向改变时,电荷的极性也随着改变。

微型加速度计的制备及软件调试

微型加速度计的制备及软件调试

微型加速度计的制备及软件调试一、引言微型加速度计是一种用于测量物体加速度和重力加速度的仪器。

由于其体积小、重量轻、精度高、响应速度快等特点,被广泛应用于航空航天、汽车工业、医疗器械、智能手机等领域。

近年来,随着物联网、智能城市的发展,微型加速度计的需求量越来越大。

本文旨在介绍微型加速度计的制备和软件调试过程,并分享一些经验。

二、材料和器件所需材料和器件主要有:微加速度传感器、运放、电阻器、电容器、晶体管、电源、示波器、电缆线等。

其中,微加速度传感器是最核心的部分,直接影响仪器的灵敏度和准确性。

三、制备过程1. 设计电路图首先需要根据仪器要求设计电路图,确定所需器件和元器件参数,绘制出电路原理图。

要注意保证电路的稳定性、精度和抗干扰性,以免影响测量结果。

2. 制作电路板根据电路原理图制作电路板,包括布线、钻孔、焊接等步骤。

焊接时要注意避免短路和焊点松动的情况,保证电路板的可靠性。

同时,还要进行电路板的清洗和检测,确保没有错位、缺陷等问题。

3. 安装传感器将微加速度传感器安装在电路板上,并与电路板相连。

传感器需要仔细调整和固定,使其与其他电路元件的连接良好,保证测量准确性。

4. 调试电路用电源给电路供电,并根据指南盘调整电路的阈值、增益、偏移等参数,使其达到最佳测量状态。

此外,还需要进行故障排除和维修,处理电路中可能出现的问题,如漏电、信号干扰等。

四、软件调试在仪器基本功能达到要求后,还需要进行软件调试,包括安装和设置测量软件、编写和运行测试程序、数据采集和分析等步骤。

在进行软件调试时,需要注意以下几个方面:1. 软件的兼容性选择与仪器硬件适配的软件,确保其能够读取和处理测量数据,并进行相应的输出、显示和保存。

2. 测量程序的编写编写测试程序时,需要注意程序的正确性和有效性。

在编写程序前,先确定测试方案和测试参数,选择合适的数据采集模式,并对程序进行调试和优化。

3. 数据的采集和分析数据的采集和分析是软件调试的重要一环。

基于LabVIEW的高冲击加速度校准系统设计与实现

基于LabVIEW的高冲击加速度校准系统设计与实现

基于LabVIEW的高冲击加速度校准系统设计与实现目录一、内容概览 (2)1.1 背景与意义 (2)1.2 研究目标与内容 (3)二、系统设计与实现原理 (4)2.1 高冲击加速度校准技术概述 (6)2.2 LabVIEW简介及其在系统设计中的应用 (8)2.3 系统架构设计与工作流程 (9)三、硬件选型与布局 (11)3.1 高冲击加速度传感器选择 (12)3.2 数据采集卡的选择与配置 (13)3.3 电源与其他硬件设备布局 (15)四、LabVIEW软件平台搭建 (16)4.1 创建虚拟仪器 (17)4.2 编写程序代码 (19)4.3 软件调试与优化 (21)五、系统功能实现与测试 (22)5.1 数据采集与处理 (23)5.2 加速度校准算法实现 (25)5.3 系统标定与验证 (26)六、系统性能评估与分析 (27)6.1 性能测试方法与结果 (28)6.2 性能分析与改进措施 (29)七、总结与展望 (31)7.1 工作成果总结 (32)7.2 研究不足与未来工作方向 (33)一、内容概览本文档主要介绍了基于LabVIEW的高冲击加速度校准系统设计与实现。

我们将对高冲击加速度校准系统的背景和意义进行简要介绍,以便读者了解该系统的重要性。

我们将详细介绍整个系统的设计方案,包括硬件设计和软件设计两个方面。

在硬件设计部分,我们将详细说明所选用的传感器、数据采集卡、计算机等硬件设备的选型和连接方式。

在软件设计部分,我们将重点介绍LabVIEW软件的使用,以及如何利用LabVIEW搭建出高效、稳定的数据采集、处理和分析系统。

我们将对整个系统进行实际测试,并给出测试结果分析,以验证系统的性能和精度。

通过本文档的阅读,读者可以了解到高冲击加速度校准系统的原理、设计方法和实现过程,为进一步研究和应用该技术提供参考。

1.1 背景与意义随着现代科技的飞速发展,高冲击加速度的精确测量与校准在航空航天、汽车工程、军事装备等领域的应用日益广泛。

井斜测量系统中加速度计标定数据处理程序的设计

井斜测量系统中加速度计标定数据处理程序的设计

井斜测量系统中加速度计标定数据处理程序的设计在地质勘探中,为了确定地层侧面倾角和倾斜方位角,必须连续测量井筒的倾角和倾斜方位角以及作为参考标志的井下仪器方位角。

在进行钻井或打水平井时需要知道井身轨迹和钻头位置,以调整下一步的钻进方向。

因此无论是完井之后或是在钻井过程中,高精度且连续的井斜测量是必须的。

西安石油大学研制的xtcs(西安轨迹控制系统),安装了加速度传感器来测量井下仪器运动姿态的井斜角(DEV)和工具面角(RB)。

但是因为安装的原因,即使精心调校,也不可避免地存在加速度传感器的三轴不正交而引起的偏差,这个偏差对最后的测斜结果有不可忽视的影响,因此加速度传感器在使用时要进行标定。

加速度计三轴不正交校正原理(Q校)设{x}halfnote_{}^{→}、{y}halfnote_{}^{→} 、{z}halfnote_{}^{→}线性无关的三个向量,由它们可以构成一个空间坐标系,空间中的任何向量都可以表示成这三个向量的线性组合。

从理论上可知,在空间坐标系中存在着一种单位正交坐标系,即构成坐标系的三向量相互垂直,其长度都等于1。

空间任意坐标系和单位正交坐标系之间存在如下的对应关系:Q值计算方法由上可知,要进行传感器校正,必须先确定Q值,通过准确测量传感器的安装位置来确定Q比较困难,而用计算的方法则简单可行。

已知重力加速度{G}halfnote_{}^{→}在正交坐标系中的三个分量是G_{x}、G_{y}、G_{z},反映仪器空间位置的几个参数为井斜角(D EV)、工具面角(RB)和相对方位角(AZIM)(由于在传感器中没有加入磁强计,因此无法测量相对方位角,不予考虑)。

其中井斜角和工具面角与{G}halfnote_{}^{→}的关系为:由于传感器定位安装方面的原因,实际测量的G_{x}、G_{y}、G_{z} 是不正交的分量,为此需要用式(7)进行校正,然后才用式(8)和(9)确定仪器在井中的状态。

高精度石英振梁加速度计频率采样系统设计

高精度石英振梁加速度计频率采样系统设计
h n tes s o ——rga T e h ytm-napo rmma l—hpS P 1tc n lg n ro HDL b s do P e bec i( O C eh oo y a dVei g l ae n F GA r sd t el ed t weeu e o rai aa z
中 图分 类 号 :T 951 M 3. 3 文 献标 志 码 :A 文章 编 号 : 10 .7X (0 2 306 .5 0 96 1 2 1 )0 .0 1 0
De i n o i h pr c so sg f h g ・ e ii n VBA e e c a p i g s s e a f qu n y s m l y t m r n G a bn H AO Y n i,Z AN n i EKu p n , J n,H n e g WAN Tn j u G ig n u
a q ii o Fial r en m b ro x r e t n t cu l a iai n s se we ec rido t T er s l h w h t h c u st n. n l al g u i y a e fe pe m n si i hea t a vg to y tm r are u . n h e ut s o t a e s t s se u ssa l t1 0Hz a dt a p ig a c a yr a he g y tm r n tby a 0 , n s m l c u c e c s1m . he n r K e w o d : i ril a iai n q at v b ain e m a c lr mee ; d t s m pe y tm ; e u lp e ii n re u n y y r s ne a n vg to ; u rz i rto b a t c ee o tr aa a l s se q a- r cso f q e c
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加速度计校准数据处理系统设计作者:刘莹解启瞻魏玫来源:《科技创新导报》2017年第33期摘要:为满足大批量加速度计校准数据处理的高可靠性、高准确度和高效率的需求,基于虚拟仪器技术和计算机技术,依据加速度计检定规程,设计了一种加速度计校准数据处理系统。

测试结果表明:系统人机交互界面友好,能够快速处理大批量加速度计校准数据,大大节省了加速度计校准数据处理、证书出具和原始记录出具的人力和时间资源,实用性强。

关键词:加速度计校准数据处理虚拟仪器中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)11(c)-0007-03Abstract:To meet the high reliability, high accuracy and high efficiency need of calibration data processing for mass accelerometer, based on VI and computer technology, according to the V.R of accelerometer calibration, a kind of calibration data processing system for mass accelerometer has been developed. Testing results show that, the system has a friendly man-machine surface, and can quickly process large quantities of accelerometer calibration data. The system has very strong practicability.Key Words:Accelerometer; Calibration; Data processing; VI加速度计通常与适调仪配用,用于振动与冲击加速度的测量[1]。

在直升机领域内,加速度计常被用做监控发动机故障和结构损伤等的感知设备,在航空航天、汽车电子、地质勘探等领域内,加速度计的应用也越来越广泛。

通常,为保证加速度计能够获得准确的加速度测试数据,需周期性对其进行校准,维持加速度计的准确度,避免检测时误判[2]。

但随着加速度计的应用越来越广泛,加速度计的校准工作量也越来越大,对于计量工作者而言,经常一次就需要校准几十甚至是上百枚加速度计,校准完成后将会得到大量的校准数据,还需要进一步对这些校准数据进行数据处理和分析,根据数据分析结果判定所校加速度计是否合格,并出具原始记录和校准证书。

而如果用传统的数据处理方法对每一个加速度计的校准数据进行分析处理,并手动调整数据格式使其满足原始记录和校准证书的要求是非常困难的,且单个加速度计的数据处理时间长,数据处理效率低,无法满足大批量加速度计的校准需求。

为此,本文根据加速度计的校准数据处理原理,针对加速度计的多参数、大批量校准的特点,以及对高可靠、高性能、高效率提出的要求,基于虚拟仪器技术和计算机技术,依据加速度计检定规程,构建一种高自动化的加速度计校准数据处理系统。

1 加速度计校准数据处理基本原理依据压电加速度计检定规程JJG 233-2008,在首次和使用过程中,加速度计的检定项目均包括参考灵敏度、灵敏度频率幅值响应和灵敏度幅值线性度3个项目。

1.1 参考灵敏度参考灵敏度的检定是指在参考频率和参考加速度条件下确定被检加速度计的灵敏度。

被检加速度计的输出与所承受的加速度值之比即为参考灵敏度幅值。

需要时,测量两只加速度计的输出比。

使用中,加速度计参考点灵敏度数据处理时,需要根据规程要求,将各加速度计参考点的灵敏度数据提取出来,写入到保存文件中。

而在首次对加速度计进行校准时,还需要计算加速度计的灵敏度误差,灵敏度误差计算公式一般如式(1)所示[3]:(1)式中:为灵敏度出厂值;为加速度计实测参考灵敏度。

1.2 灵敏度幅频响应灵敏度幅频的检定一般采用振动连续扫描法、逐点法或随机激励法,在工作频率范围内,以1/3倍频程频率序列选取7~12个频率点,计算各频率下的灵敏度幅值。

灵敏度幅频响应以参考灵敏度幅值的相对偏差表示。

根据检定规程的计量性能要求,加速度计的灵敏度幅频响应应在±5或±10之间。

灵敏度幅频响应数据处理,即是提取各频率点下的灵敏度幅值和灵敏度幅频响应,分析各频率点频响绝对值最大值,判定其是否满足±5或±10的计量性能要求,给出判定结果。

1.3 灵敏度幅值线性度灵敏度幅值线性度检定是在实际使用的加速度幅值范围内选取5~10个点,包括最大和最小加速度,进行灵敏度幅值的检定。

对加速度幅值范围不大的情况,灵敏度的幅值线性度用检定点的灵敏度幅值相对于参考灵敏度幅值的相对偏差来表示。

根据检定规程的计量性能要求,加速度计的灵敏度幅值线性度应在±3之间。

加速度计校准数据灵敏度幅值线性度数据处理与灵敏度频响数据处理原理一致,即读取加速度计在各加速度值下的灵敏度幅值和灵敏度幅值线性度,分析灵敏度幅值线性度绝对值最大值,判定其是否满足±3之间,据此判定加速度计的灵敏度幅值线性度性能是否合格。

2 系统总体结构加速度计校准系统的原理如图1所示。

控制系统控制NI采集卡输出模拟信号,通过功放调理后加载至标准振动台。

标准振动台上背靠背贴合的标准加速度计和被测加速度计同步获取振动信号,利用压电效应将振动信号转换为微弱电信号[4]。

微弱电信号经过前置预处理模块放大等处理后,在控制系统控制下由NI数据采集卡采集。

在控制系统上对信号实时预处理,保存数据。

然后在校准数据处理平台上作进一步分析和处理,并按照校准证书格式要求保存数据。

加速度计校准数据预处理完成后,校准数据保存在Excel文件中。

该部分功能由PCB公司提供的标准振动台配套的计算机控制系统完成。

而校准数据处理系统是整个加速度校准系统的核心部分,主要完成两个功能:一是对预处理完成的数据作进一步处理,得到最终的加速度计校准结果;二是根据加速度计校准证书和原始记录要求,对处理完成的校准数据和校准结果格式进行调整,并保存数据。

总体流程如图2所示。

3 系统设计LabVIEW是由美国国家仪器公司NI推出的虚拟仪器(Virtual Instrument,VI)开发工具,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件[5]。

LabVIEW程序又称虚拟仪器,即VI,VI由两部分组成,前面板和程序框图。

校准数据处理系统基于LabVIEW软件平台设计,系统前面板设计见图3,整个操作界面控制按钮较少,用户操作起来十分方便。

利用加速度计校准数据处理系统分析加速度计校准数据时,选择文件路径,设置相关参数后,点击“开始分析”按钮,便可启动程序,进行校准数据处理。

数据处理完成后,点击“退出”按钮,即可退出VI程序。

灵敏度幅值响应数据处理及其程序设计是系统的重要组成部分。

该部分程序设计时,考虑到因加速度计的应用场合不同,送校时,客户要求的校准频率范围不一,导致预处理后得到的校准数据中的校准频率点存在差异,所以为了避免频率点混淆造成数据出错,程序中,须将各加速度计的校准频率点数据提取出来。

加速度计灵敏度幅值响应数据处理程序设计思想是,首先根据预处理的加速度计校准数据的保存特点,分别提取各个加速度计的编号、校准频率点、各频率点处的灵敏度幅值和灵敏度幅值响应。

再分析各加速度计灵敏度幅值响应的最大值,并判断其是否满足±5%的计量性能要求,给定频响测试结论。

加速度计幅值线性度数据处理程序,先是从预处理后的数据文件中提取加速度计的编号、各幅值测试点处的灵敏度值和幅值线性度,分析幅值线性度绝对值最大的点,判断其是否满足±3%的计量性能要求,根据判断结果给出线性度测量结论。

图4为本系统的程序框图。

4 软件测试与应用加速度计校准数据处理系统设计完成后,为了研究软件系统的性能,将系统用于某批次加速度计的校准数据的处理中,对校准数据处理系统进行测试。

该批次加速度计含两个型号,6个轴,一个轴对应一个Excel文件,分别为编号131525传感器的X、Y、Z轴和编号为CA3ZYD220V-100-00009的X、Y、Z轴的数据。

图5为软件运行之后得到的数据处理结果。

软件测试结果为得到一个excel文件,该文件内包含四部分内容,分别为参考灵敏度幅值数据、灵敏度频率响应数据、灵敏度幅值线性度数据和校准结论。

其中各加速度计的灵敏度频率响应数据第一行为测量频率点,第二行为各频率点处的灵敏度幅值以及最大灵敏度幅值频响。

灵敏度幅值线性读数据为各加速度值下的灵敏度值以及最大灵敏度幅值线性度。

校准结论部分显示了系统对所校准加速度计的频响和线性度的判定结果。

数据结构清晰,结论明了,能够满足加速度计校准和证书出具的要求。

5 结语为了提高大批量加速度计的校准效率和准确度,基于LabVIEW软件平台设计了一个加速度计校准数据处理系统。

系统具有友好的人机交互界面,操作简单,设置参数少,方便实用。

它能够依据加速度计的检定规程对加速度计校准数据进行处理,并通过分析判定给出校准结论,效率得到提高的同时避免了人为判定带来的错误。

另外,系统还能够根据校准证书和原始记录的格式和数据要求,将数据处理结果保存在excel文件中,节省了校准证书和原始记录的出具时间,大大提高了工作效率,极大地降低了加速度计的校准数据处理工作量。

参考文献[1] JJG 233-2008,压电加速度计检定规程[S].北京:中国计量出版社,2008.[2] 张艳.计量检定与仪器校准的区分[J].科技致富向导,2010(8X):219.[3] 朱蕾.压电加速度计规程修订后对振动量值溯源的影响分析[A].江苏省计量测试学术会议[C].2013.[4] 蓝伟威,符蓉,余璇,等.基于LabVIEW的荧光光纤氧传感器的信号处理系统[J].仪表技术与传感器,2014(5):1-3.[5] 何玉钧,高会生.LabVIEW虚拟仪器设计教程[M].北京:人民邮电出版社,2012.。

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