Главная > Акселерометр > Кварцевый акселерометр > Метод испытаний смещения нуля и масштабного коэффициента кварцевого гибкого акселерометра: полное руководство и анализ температурной чувствительности

Метод испытаний смещения нуля и масштабного коэффициента кварцевого гибкого акселерометра: полное руководство и анализ температурной чувствительности

31 марта 2025

Подробно рассматриваются методы испытаний смещения нуля и масштабного коэффициента кварцевых гибких акселерометров, включая четырехточечный роликовый тест, двухточечный тест, а также формулы расчета температурной чувствительности. Эти методы ориентированы на высокоточные применения, такие как инерциальная навигация и космические аппараты.

Смещение нуля и масштабный коэффициент кварцевых гибких акселерометров напрямую определяют точность измерения и долговременную стабильность прибора, особенно в высокоточных сценариях вроде инерциальной навигации и управления ориентацией. Поэтому именно эти два параметра считаются ключевыми показателями для оценки кварцевого акселерометра.

Смысл смещения нуля состоит в том, что это внутренняя системная ошибка акселерометра, которая сразу задает базовое отклонение всех результатов измерения. Например, если нулевое смещение равно 1 mg, то к измеренному значению будет добавляться эта ошибка вне зависимости от фактического ускорения. Нулевое смещение также дрейфует под влиянием времени, температуры и вибрации. В системах инерциальной навигации такой дрейф непрерывно усиливается интегрированием и в итоге накапливает ошибки положения и скорости. Температурные характеристики кварцевых материалов тоже вызывают изменение нулевого смещения с температурой, поэтому в высокоточных системах необходимы алгоритмы температурной компенсации. Масштабный коэффициент, в свою очередь, описывает пропорциональную зависимость между выходным сигналом акселерометра и фактическим входным ускорением. Ошибка масштабного коэффициента напрямую искажает пропорцию измерений, а при двойном интегрировании дополнительно усиливает ошибку положения.

Именно поэтому смещение нуля и масштабный коэффициент стали ключевыми характеристиками кварцевых гибких акселерометров: это одновременно базовые источники ошибки и главные ограничения долговременной стабильности. На уровне систем именно они определяют, сможет ли акселерометр удовлетворить требованиям высокой точности и высокой надежности в таких сценариях, как беспилотное вождение, космические аппараты и подводная навигация, где допуск на ошибку практически отсутствует.

Испытание смещения нуля можно проводить двумя способами: четырехточечным роликовым тестом `0° / 90° / 180° / 270°` или двухточечным тестом `90° / 270°`. Испытание масштабного коэффициента выполняют тремя методами: четырехточечным роликовым тестом, двухточечным тестом и вибрационным тестом. Ниже в качестве примера используется именно четырехточечный роликовый тест, чтобы показать, как получить смещение нуля и масштабный коэффициент датчика ускорения.

1. Методы испытаний смещения нуля и масштабного коэффициента

`a)` Установите акселерометр на специальный испытательный стенд, например на многозубую индексную головку.

`b)` Запустите испытательный стенд.

`c)` Поверните стенд по часовой стрелке в положение `0°`, дождитесь стабилизации и запишите несколько групп выходных данных тестируемого изделия с заданной частотой дискретизации. В качестве результата примите среднее арифметическое.

`d)` Поверните стенд по часовой стрелке в положение `90°`, стабилизируйте систему и аналогично запишите несколько групп данных.

`e)` Поверните стенд по часовой стрелке в положение `180°`, стабилизируйте систему и аналогично запишите несколько групп данных.

`f)` Поверните стенд по часовой стрелке в положение `270°`, стабилизируйте систему и аналогично запишите несколько групп данных.

`g)` Поверните стенд дальше до `360°`, затем начните вращение против часовой стрелки, последовательно получая положения `270°`, `180°`, `90°` и `0°`. После стабилизации в каждом положении запишите несколько групп выходных данных и используйте среднее арифметическое.

`h)` Рассчитайте смещение нуля и масштабный коэффициент тестируемого изделия по формулам `(1)` и `(2)`.

`K0 =`

`-------------------------------------- (1)`

`K1 =`

`-------------------------------------- (2)`

Где:

`K0` - смещение нуля

`K1` - масштабный коэффициент

`------- суммарное среднее прямого и обратного отсчета в положении 0°`

`----- суммарное среднее прямого и обратного отсчета в положении 90°`

`--- суммарное среднее прямого и обратного отсчета в положении 180°`

`--- суммарное среднее прямого и обратного отсчета в положении 270°`

2. Метод испытаний температурной чувствительности смещения нуля и масштабного коэффициента

`a)` Запустите испытательный стенд.

`b)` Рассчитайте смещение нуля и масштабный коэффициент в каждой температурной точке: при комнатной температуре, при верхнем пределе рабочей температуры акселерометра и при нижнем пределе рабочей температуры акселерометра, используя формулы `(1)` и `(2)`.

`c)` Затем вычислите температурную чувствительность акселерометра по формулам `(3)` и `(4)`: