高冲击三维加速度传感器横向灵敏度校准技术

探讨了高冲击三维加速度传感器相对横向灵敏度的校准技术。新制定的国标已规范化了传感器的相对横向灵敏度这一参数,它是加速度传感器的一个重要指标,但其定义仅对一维加速度传感器而言。为了扩展到高冲击三维加速度传感器相对横向灵敏度的校准上,笔者采用在空气炮上实现高冲击三维加速度传感器的校准方法采集数据,以三维加速度传感器的拟合直线代替校准曲线、用侧向芯片和主向芯片输出之比计算相对横向灵敏度,更便于使用者评价传感器的性能。完善了高冲击三维加速度传感器相对横向灵敏度测试和校准的技术。相比其他技术,采用的校准装置和校准方法既符合传感器峰值高、脉宽大的特点,又能完整地呈现三轴向间的输出关系。     

三轴数字MEMS加速度计现场标定方法

微机电系统(micro electro mechanical systems,简称MEMS)加速度传感器作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测中有着广泛应用。根据三轴数字加速度传感器的输出数学模型,详细推导了如何计算数学模型中标度因数、安装误差系数以及零偏值。提出一种基于长方体的六位置简单标定方法,对比三轴转台精确标定结果表明六位置简单标定法简单易行,精度较高,易于单片机实现,适合不具备三轴转台的场所,且该方法对MEMS三轴数字加速度计的校准具有很好的通用性。     

高量程压阻加速度传感器横向响应的测试及分析

文中提出了一种高量程压阻加速度传感器的灵敏度和横向灵敏度参数在动态冲击环境下的简易测试方法.采用金属杆自由落体的比较法,即将待测试的加速度传感器和已标定过的加速度传感器以背靠背的形式固定在金属杆的尾端,金属杆从一定高度自由落下与放置在地面上的金属砧发生相互碰撞,利用双通道放大器和计算机数据采集系统同时记录两路信号.实验中分别对6 000 g和60 000 g的压阻加速度传感器进行了研究,该方法具有较好的重复性和可靠性,并分析了测试偏差来源对横向响应的影响.     

利用波形比较法进行高量程加速度传感器横向响应的测试研究

提出一种高量程加速度传感器横向响应的测试方法--波形可识别的比较法,对高量程加速度传感器非敏感方向(横向)的输出特性进行测试研究.实验中采用自由落杆的方法,将已经标定过的传感器和带测试的传感器以背对背的方式进行安装,通过同时比较监控两通道的输出波形,可以确定器件的横向灵敏度.此方法简单可靠,并容易实施,对测试中产生的误差进行分析.     

一种高量程加速度传感器的性能测试与分析

针对一种基于微梁检测结构的新型双轴MEMS面内高量程加速度传感器,通过马歇特锤冲击校准装置和霍普金森杆冲击校准装置,测试了传感器的灵敏度和频响特性。试验结果表明:该传感器敏感结构X轴方向的灵敏度为0.470±0.03μV/g,幅值误差±5%时,工作频带为15.5 k Hz;Y轴方向的灵敏度为(0.517±0.03μV/g,幅值误差±5%时,工作频带为16.9 k Hz。该加速度传感器实现了硅平面内2个轴向的高g值加速度信号测量,可以用于后期集成三轴高量程加速度传感器。     

基于椭球拟合的三轴磁传感器快速标定补偿方法

考虑到现有多轴磁传感器的标定补偿方法中普遍存在操作时间长、计算量较大、标定设备要求高、场地要求面积大等问题,提出一种基于椭球拟合的三轴磁传感器误差标定补偿方法。首先,分析传感器误差产生机理,并在此基础上,建立传感器误差模型,推导出各误差系数的计算公式,并利用椭球拟合的方法对三轴磁传感器进行测试标定与误差补偿。实验结果表明,该方法能够正确、有效地标定补偿三轴磁传感器的不正交误差、灵敏度误差以及零偏误差,具有操作简捷、省时、精度高等特点。     

基于椭球拟合的三轴陀螺仪快速标定方法

陀螺仪是惯性导航系统的核心器件,其测量精度直接影响惯性导航系统的姿态解算的准确性,对其准确、快速地校准显得至关重要.目前陀螺仪所采用的位置标定和速率标定方法,存在测试条件苛刻,需要精密的标定测试设备和高精度的北向基准,且标定时间长等问题.在分析了三轴陀螺仪误差模型的基础上,提出了一种基于椭球拟合算法的三轴陀螺仪快速标定方法.该方法通过对三轴陀螺仪在不同姿态下对同一角速度矢量的测量数据进行椭球拟合,可快速标定出该三轴陀螺仪的零偏、灵敏度、不正交等静态误差,进而对角速度矢量测量数据进行补偿,以提高测量结果的准确度.实验结果表明该方法可有效提高三轴陀螺仪的测量精度.     

低侧向效应MEMS压阻式加速度传感器

MEMS压阻式加速度传感器是目前最常见的测振器件之一。在某些特殊环境下,加速度信号组成较为复杂,例如机床主轴振动测试系统,可能有多方向加速度信号同时施加到传感器,这就要求设计的传感器具有较低的横向效应,即较小的横向交叉干扰,因此文中研制了一种可以从理论上消除传感器自身横向交叉干扰的MEMS压阻式加速度传感器。文中采用新型的复合八梁结构作为传感器的敏感元件模型,并利用敏感结构上的应力分布规律优化传感器的信号检测电路,从理论上消除了传感器的横向交叉干扰;通过MEMS加工技术加工了传感器的芯片结构,并进行了封装和相关性能测试实验。实验结果表明,所设计的传感器具有不超过1%的横向交叉干扰,1.798 m V/g的测量灵敏度以及14 kHz的固有频率。     

基于粒子群优化算法的工业机器人与外部轴标定

提出一种新的标定方法标定外部轴工作台与机器人工具间的坐标转换关系。该方法分为三步：首先,建立系统的数学模型,并根据模型标定机器人手腕与接触式距离传感器间的坐标转换关系,从而机器人和距离传感器组成机器人测量系统。然后,按预定程序移动检测目标,利用标定好的机器人测量系统测量并采集数据,初步标定出外部轴的转轴和俯仰两轴与机器人基础坐标系间的转换关系。最后,确定优化的目标函数,利用粒子群优化算法优化关键参数以提高系统的整体精度。试验结果验证了该标定方法的有效性。     

R电容式硅微加速度传感器静态误差的标定

静态误差广泛存在于各种加速度传感器的应用中,对于误差的标定非常重要。本文介绍了电容式加速度传感器的结构,并分析其工作原理。对于加速度传感器的量程,采用精密离心机来标定静态误差,具体介绍了离心机实验过程,成功地实现了对加速度传感器静态误差的标定,并给出了电容式加速度传感器的标定数据和结果,标定结果使加速度传感器测量的线性度得到了很大的提高。标定方法也适用于其他类型加速度传感器。     

单光束 SERF 磁强计三轴磁场解耦磁补偿校准方法

针对单光束SERF原子磁强计磁补偿过程中的三轴磁场耦合问题,提出了一种对磁强计三轴顺序补偿值进行反向校准的方法,用于减小三轴补偿过程中产生的耦合磁场。首先,构建了三轴磁场耦合数学模型,即一个3×3的耦合系数矩阵,来描述三轴之间的磁场耦合关系,并对实验室磁强计样机进行了三轴耦合系数测试。然后,提出了一种应用三轴耦合系数对三轴顺序补偿值进行反向校准的方法;最后,对比了校准前后的磁补偿效果。实验表明,经三轴顺序补偿反向校准后,磁强计的响应线宽平均变窄2～10 Hz,灵敏度提高3～5 fTHz^1/2,验证了该方法的有效性,为进一步优化磁补偿技术奠定了基础。     

基于虚拟仪器的压力传感器自动补偿校正系统

针对压力传感器的误差和温度漂移问题，推导了传感器组件的输出电压与压力、温度的关系，并提出了一种基于虚拟仪器技术的压力传感器自动补偿校正系统。该系统能对压力传感器的零点误差、灵敏度误差和温度漂移进行自动的补偿校正。实际测试显示，补偿校正前传感器相对期望值的精度≤13．2％，经补偿校正后，传感器组件相对期望值的精度≤1％。这说明该系统可高效地对压力传感器进行补偿校正，且补偿校正效果好，适合对压力传感器进行批量补偿校正。     

基于预测误差法的加速度传感器动态模型参数辨识

加速度传感器动态模型对研究与分析加速度传感器的动态特性与动态误差补偿具有重要作用。针对加速度传感器动态模型的参数辨识,提出了一种基于预测误差法的加速度传感器动态模型参数辨识方法,该方法将加速度传感器的状态空间模型转化为线性带外生输入的自回归滑动平均(ARMAX)模型,获得其最优一步预测输出的表达式,并通过求解加速度传感器最优一步预测输出极小化误差准则函数,实现加速度传感器动态模型参数的最优辨识。实验结果表明,该方法有效地实现了加速度传感器动态模型的参数辨识,所得加速度传感器动态模型具有较高的精度,能描述加速度传感器的动态特性。     

Integrated calibration and magnetic disturbance compensation of three-axis magnetometers

Technological limitations in sensor manufacturing and unwanted magnetic fields will corrupt the measurements of three-axis magnetometers. An experiment with four different magnetic disturbance situations is designed, and the influence of hard-iron and soft-iron material is analyzed. The calibration method with magnetic disturbance parameters is proposed for calibration and magnetic disturbance compensation of three axis magnetometers. It is not necessary to compute pseudo-linear parameters, thus the integrated parameters are computed directly by solving nonlinear equations. To employ this method, a nonmagnetic rotation equipment, a CZM-3 proton magnetometer, a DM-050 three-axis magnetometer, two magnets and two steel tubes are used. Calibration performance is discussed in the four situations. Compared with several traditional calibration methods, experiment results show that the proposed method has better integrated compensation performance in all situations, and error is reduced by several orders of magnitude. After compensation, RMS error is reduced from 10797.962 nT to 15.309 nT when the big magnet and steel tube are deployed. It suggests an useful method for calibration and magnetic disturbance compensation of three-axis magnetometers.     

葡萄糖传感器的实时自调整校准算法研究

针对皮下植入式葡萄糖传感器在实际动态监测过程中易受生理环境影响限制测量精度的问题,提出了一种基于单点校准技术优化的实时自调整校准算法实现传感器的信号漂移补偿和灵敏度衰减校正。该方法能够对单点校准过程中的关键参数(灵敏度和电流信号)进行调整从而建立最优模型。用最小二乘方法拟合出模型的初始参数,根据建立的最优模型对在体监测3 d的电流数据进行校准,结果表明,经该方法校准的血糖浓度相对误差在0.01%~6.67%范围内,优于传统单点校准模型的6.36%~16.92%,具有更高的校准精度和实用价值,有效提高了动态血糖监测的准确性。     

光电稳定跟踪装置的稳定机理分析研究

介绍了一类使用微机电速率陀螺组合、具有全稳定功能、且无天顶跟踪盲锥区的新型高精度三轴光电稳定跟踪装置的稳定机理.首先分析了该类装置中的坐标系及其相互之间的关系,然后运用多体力学的方法推导了该类装置的运动学方程,得出了三轴平台式速率稳定装置的数学模型.该模型表明,实现三轴全姿态稳定,不同的陀螺安装方法有不同的优缺点.研究了由于瞄准线稳定误差带来的图像相对运动和变形情况,分析了瞄准线稳定精度对图像稳定精度的影响.结果表明,两轴稳定装置绕轴线的旋转会造成比较大的图像稳定误差,而三轴稳定装置可以有效抑制绕轴旋转误差,从而达到较高的图像稳定精度.     

冲击波压力传感器动态特性补偿及其应用

为修正压力传感器动态特性引起的测试误差,避免传感器动态建模误差影响补偿结果,提出了一种基于量子粒子群优化(QPSO)算法和均方误差的传感器动态补偿方法。通过对传感器进行逆建模,寻优得到了最优阶次的补偿器系数,利用激波管动态校准实验对该方法进行了验证,分析了补偿前后传感器的时域与频域特性。结果表明,该方法有效扩展了传感器的工作频带;在实弹测试中,减小了动态测量误差,提高了测试精度。     

An accurate probe pre-travel error compensation model for five-axis on-machine inspection system

On a five-axis CNC machine tool, the pretravel errors of touch-trigger probes are severely affected by gravity and must be compensated to ensure the required measurement accuracy. The situation is more complex than that of the three-axis on-machine inspection system. This paper proposes a simple and accurate modeling and compensation method for the probe pretravel error of a five-axis on-machine inspection system. First, the pretravel error for the 5-axis CNC tool is decoupled into three parts, which are analyzed based on the probe's mechanical structure. Then, a new calibration point selection strategy is proposed to obtain the accurate reference sphere center. Finally, we carry out calibration tests to validate the proposed method. The compensation results show that the proposed compensation method for the probe pretravel error under the influence of gravity (PPEUG) can improve the accuracy considerably.