频率响应分析在加速度计校准中的应用研究
时频分析在变加速运动目标速度测量的应用
ｍ ｉ ｉ ｔｒ ｗａ ｅ ｒｄ ｒ Ｔｈ ｉ ｕａ ｉｎ ｒ ｓ ｌｓ ｉ ｄｃ ｔ ｈ ｔ ｔ ｅ ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｉ ｎ ｒＶｉ ｅ ｃ ｎ ｒ ｆｅ ｔ ｔ ｅ ｌ ｍｅｅ ｖ ａ ａ ． ｌ ｅ ｓｍ ｌｔｏ ｅ ｕｔ ｎ ｉａ ｅ ｔ ａ ｈ ｔ ｏ ｆＷ ｇ ｅ — ｌ ａ ｅ ｌｃ ｈ ｌ ｍ ｉｉｃ ａ ｇ ｆｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ｅｏ ｉｙ ｉ ｈ ｏ ｆｅ ｕ ｎ ｙ， ａ ｄ ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ ｏ Ｓ ｎ－ ｈ ｎ ｅ ｏ ｈ ａ ｇ ｔ ｖ ｌ ｃｔ ｎ ｔ ｅ ｌｗ ｒｑ ｅ ｃ ｎ ｈ ｔ ｏ ｆ ＴＦＴ ａ ｃ ｉｖ ｉ ｈ ｒ ｃ ｎ ａ ｈｅ ｅ ｈ ｇ ｅ
Ｖｏ ．３ ＮＯ． １ ６。 ５
Ｍ ａ ２ １ ｙ， ０ １
火 力 与 指 挥 控 制
Ｆ ｒ ｏ ｔｏ ＆ Ｃ ｍｍａ ｄＣｏ ｔｏ ｉ Ｃ ｎｒｌ ｅ ｏ ｎ ｎｒＩ
第３ ６卷
第 ５期
２１ ０ １年 ５月 Fra bibliotek文 章 编 号 ；０ ２０４ （０ １０ —１ ３０ １ ０—６ ０ ２ １ ） ５０ ３ —３
中 图分 类号 ： Ｊ １ ． ＋ ６ Ｔ ０２Ｉ 文献标识码 ： Ａ
Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｍ ｅ ｆ ｅ ｅ ｙ Ａｎａ ｙ ｉ ｏ Ｖｅ ｏ ｉｙ ｌｃ ｔｏ ｆ Ｔｉ － ｒ ｑｕ ｎｃ ｌ ｓｓｔ ｌ ｃ ｔ Ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｆ Ｖａ ｙ ｎｇ Ａｃ ｅ ｅ ａ ｅ ｏ ｉ ｇ Ｔａ ｇ ｔ ａ ｕ ｅ ｎｔ ｏ ｒ ｉ ｃ ｌ ｒ ｔ ｄ Ｍ ｖ ｎ ｒ ｅ
时频 分 析在 变 加速 运 动 目标 速 度 测量 的应 用
姚金 杰 ， 韩 焱
００５） ３ ０ １
＊
（ 中北 大 学 电子 测 试 技 术 国家 重 点 实 验 室 ， 原 太
高g值高频响微机械加速度计研究
第27卷第5期2005年12月探测与控制学报Journal of D etection&Cont rolVo.l 27No .5Dec .2005*收稿日期:2005 05 31作者简介:余尚江(1968 ),男,河南商城人,高工,在读博士生,主要从事传感器及测试技术研究。
高g 值高频响微机械加速度计研究余尚江1,2,李科杰1(1.北京理工大学机电工程学院,北京 100081;2.总参工程兵科研三所,河南洛阳 471023)摘 要:针对侵彻武器测试过程中冲击过载大和频率范围宽的特点,提出了一种微机械电容式加速度计结构,结构中采用分布在整个芯片上的小电容阵列来代替位于中间的单个大电容器。
利用AN S Y S 对加速度计进行了仿真分析,得出加速度计的固有频率超过600k H z ,抗过载能力超过200000g ,且电容变化量大,灵敏度高。
文中还给出了加速度计芯片的加工工艺流程和接口电路。
关键词:加速度;微机械;高g ;有限元分析中图分类号:T J 430.6 文献标识码:A 文章编号:1008 1194(2005)05 0030 04Study on H igh -g and H igh -frequencyM icro m achi ned A ccelero meterYU Shang-jiang 12,LI K e-jie1(1.Beiji n g I nstitute o fTechno logy ,Schoo l ofM echatronic Eng ineeri n g ,B eiji n g 100081,Chi n a ;2.The Third Eng i n eer Sc i e ntifi c Research Instit u te of the H eadquarters o f the Gener a l Staf,f Luoyang 471023,Ch i n a)Abst ract :The high overl o ad and w ide frequency response w ill be pr oduced in the pr ocess o f irruption o f penetrator w eapon ,so a m icr o m ach i n ed capacitance accelero m eter is brought for w ard to m easure its over l o ad i n g para m eters .The structure o f t h e accelero m eter adopts an array o f s m all capac itors in the top w afer rather than a b i g capac itor i n the center .U si n g FE M si m ulation by ANSYS ,the results sho w that the nat ura l frequency o f acce lero m eter is m ore than 600KH z ,t h e m ax i m um of overload m easure m ent exceeds 200000g and the large capacitance variati o n m akes the h i g h sensiti v ity of acce lero m eter .A lso the process sequence for the fabrica ti o n of accelero m eter and m easuri n g c ircu it are presen ted in t h is paper .K ey w ords :accelero m eter ;m icro-m achine ;high g ;FE M analysis0 前言随着硬目标侵彻武器研究的不断深入进行,高冲击测量变得尤为重要。
认识加速度计的关键指标
认识加速度计的关键指标根据某一具体应用选择加速度计最困难的地方就是真正理解加速度计规格参数的实际意义。
通常用户对其测试要求非常了解，但是如何选择合适的加速度计型号来满足这些测试要求却有些困难。
加速度计制造商常常专注于产品的所有规格参数，并力求产品性能是最好的。
本文对制造商对日常使用的加速度计规格参数做一个详细描述及解释。
灵敏度加速度计的灵敏度，有时候称作加速度计的“比例因子”，它是传感器电输出和机械输入之间的比率（注意：传感器通常定义为把一种能量转换成另外一种形式的能量的设备，加速度计就是一种把机械加速度转换成比例的电信号的传感器）。
通常使用mV/g或pC/g来表示这一比率，它仅仅在某一频率点下有效，按着惯例一般是100Hz。
由于大部分加速度计会或多或少受温度影响，灵敏度同样只在某一很窄的温度范围内有效，通常是25±5O C。
此外，灵敏度只在某一加速度幅值下有效，通常是5g或10g。
灵敏度有时被定义为一个带有允许误差范围的数值，通常是±5%或10%，这个保证了用户使用的加速度计灵敏度在灵敏度标称值的允许误差范围内。
几乎所有情况下，加速度计都会附带一份校准报告，列出了准确的灵敏度。
当谈到频率响应的百分比或dB允许误差范围时，灵敏度被称作为“参考灵敏度”。
详见下面的频率响应章节。
当讨论横向灵敏度时，灵敏度又被称作为“轴向灵敏度”。
详见下面的横向灵敏度章节。
尽管灵敏度有那么多的限制条件，但是在设置信号调理器或数据采集系统时，灵敏度数值是使用最频繁的。
信号调理器或数据采集使用这个数值来处理及解释加速度计的输出信号。
频率响应同灵敏度类似，频率响应也是告诉用户加速度计的“比例因子”，不过是在变化的频率。
频率响应是在传感器的整个频率范围内定义灵敏度的大小。
由于很少规定相位响应，因而称为“幅值响应”更为准确。
频率响应通常定义为相对于100Hz时的灵敏度（参考灵敏度）的一个允许误差范围。
这个误差范围可以定义为百分比或dB，典型的误差范围有±10%，±1dB及±3dB。
物理实验中使用加速度计进行加速度测量的技巧与准确性分析
物理实验中使用加速度计进行加速度测量的技巧与准确性分析物理实验中，测量加速度是一项非常重要的任务。
加速度计作为一种常见的测量设备，具有测量物体加速度的优势。
然而，在使用加速度计进行加速度测量时，我们需要注意一些技巧和准确性分析。
首先，选择合适的加速度计至关重要。
加速度计有许多不同类型，如机械式加速度计、液体式加速度计和电子式加速度计等。
在选择时，需要根据实验的需求和测量精度来进行判断。
一般来说，电子式加速度计具有较高的精度和快速响应的特点，适合进行高精度的测量。
其次，在进行测量之前，需要进行仔细的校准。
校准的目的是消除仪器本身的误差，保证测量的准确性。
校准过程中，可以将加速度计固定在一个已知加速度的物体上，通过与已知加速度的对比，调整加速度计的零位偏差，使其读数准确。
在实验中，我们还需要注意使用加速度计的位置和方向。
加速度计的安装位置和方向直接影响测量结果的准确性。
一般情况下，加速度计应该安装在需要测量加速度的物体上，并且与物体的加速度方向保持一致。
如果实验中存在多个加速度方向，可以使用多个加速度计同时进行测量。
此外，为了提高测量准确性，需要注意消除干扰因素。
在物理实验中，存在许多干扰因素，如摩擦力、空气阻力和振动等。
这些因素会对测量结果产生一定的影响。
为了减小这些干扰因素的影响，可以采取一些措施，如减少物体的接触面积，提高实验环境的稳定性等。
另外，数据处理也是保证测量准确性的重要环节。
在进行实验后，我们需要对测得的数据进行处理分析。
首先，需要进行数据的平均处理。
通过多次测量，并计算其平均值，可以减小人为误差的影响，得到更加准确的结果。
其次，需要进行误差分析。
误差分析是对测量数据的不确定性进行评估和估计，帮助我们了解测量结果的可靠程度。
在实验过程中，我们还需要注意一些实际问题。
例如，在加速度测量中，加速度计的最大测量范围需要与实验目标相匹配。
如果超过加速度计的测量范围，可能会导致测量结果失真甚至仪器损坏。
从三大应用角度深度剖析MEMS加速度计的关键指标
从三大应用角度深度剖析MEMS加速度计的关键指标MEMS加速度计是一种使用微机电系统(MEMS)技术制造的加速度测量装置。
它广泛应用于汽车、消费电子、航空航天等领域。
从三大应用角度来看，MEMS加速度计的关键指标主要包括精度、线性度和频率响应。
首先，精度是MEMS加速度计的重要指标之一、精度可以衡量传感器在测量中产生的误差大小。
对于加速度计来说，精度通常以百分比(%)或千分比(‰)来表示。
精度取决于传感器的制造工艺和设计，主要包括零点偏移、零点漂移和缩放因子误差。
零点偏移指的是传感器在无任何加速度时输出的电压或电流不为零。
零点漂移是指在长时间使用后，传感器在静态条件下输出的漂移现象。
缩放因子误差是指传感器的增益因子不准确，造成输出的加速度值与实际值存在偏差。
在实际应用中，需要根据具体的需求选择适当的精度等级。
其次，线性度是MEMS加速度计的另一个关键指标。
线性度指的是传感器在一定范围内，输出信号与输入加速度之间的比例关系是否符合线性关系。
线性度通常以百分比(%)来表示，表示输出信号与输入加速度之间的最大偏差。
线性度的好坏取决于传感器的设计和制造质量。
较高的线性度意味着传感器能够更准确地测量加速度。
最后，频率响应是MEMS加速度计的另一个重要指标。
频率响应指的是传感器在不同频率下对加速度信号的响应能力。
频率响应通常以赫兹(Hz) 或角频率 (rad/s) 来表示。
传感器的频率响应取决于其固有机械和电子特性。
高频率响应意味着传感器能够检测到高频振动或快速改变的加速度。
在不同应用领域中，需要根据实际需求选择适当的频率响应范围。
综上所述，MEMS加速度计的关键指标包括精度、线性度和频率响应。
精度衡量传感器测量误差的大小，线性度表征传感器输出信号与输入加速度之间的比例关系，频率响应描述传感器对不同频率下加速度信号的响应能力。
这些关键指标对于MEMS加速度计的性能和应用具有重要意义。
在选择和使用MEMS加速度计时，需要根据具体的应用需求和控制要求来综合考虑这些指标。
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
1.安装：将传感器固定在需要测量加速度的物体上，确保传感器与物
体的接触牢固。
2.接线：根据传感器的规格书和制造商提供的接线图，正确连接传感
器与测量设备或系统。
3.供电：根据传感器的工作电压要求，为传感器提供适当的电源。
4.编程：根据传感器的规格书和厂家提供的编程手册，编写适当的代
码来读取传感器的输出数据。
5.数据处理：根据应用需求，对传感器输出的数据进行处理和分析，
例如进行滤波、计算速度、位移等。
为了确保准确测量加速度，加速度传感器需要进行校准。
校准可分为
静态校准和动态校准两种方式。
1.静态校准：将加速度传感器放置在静止状态下，记录其输出值，然
后根据物理的力学原理进行校准，使传感器的输出与已知准确的加速度匹配。
2.动态校准：将加速度传感器暴露在已知加速度的环境中，比如进行
加速、减速、旋转等，通过比较传感器的输出与已知的加速度进行校准。
1.测量范围：指传感器能够测量的最大加速度范围。
2.灵敏度：指传感器对于单位加速度变化的输出变化。
3.频率响应：指传感器能够精确测量的频率范围。
4.噪声：指传感器输出的不确定性，通常以均方根值（RMS）来表示。
5.分辨率：指传感器能够区分的最小加速度变化。
6.非线性度：指传感器输出与输入之间的误差。
7.温度效应：指传感器输出与环境温度变化之间的关系。
总结：。
加速度计冲击与振动校准的新解决方法加速度计-TheModalShop
加速度计冲击与振动校准的新解决方法内容提要(Abstract)振动和冲击现象出现在我们周围每一个运动的物体上。
加速度计是一类常用于测量振动和冲击的仪器，它输出与运动相对应的电信号。
精确的加速度计校准是高质量运动测量的前提条件，可以解释电子输出信号的物理意义。
下文我们将讨论加速度计校准对比法系统和标准，概述目前用于校准测试加速度计性能的技术。
简介加速度计生产商要对加速度计进行各种测试, 以确定输入与输出信号关系。
通常检测的输出特征包括: 灵敏度、频率响应、相位响应、共振频率、振幅线性、横向灵敏度、温度响应、时间常数、电容和环境影响, 如温度响应、底部应变灵敏度和磁灵敏度影响等。
通常我们所说的加速度计校准本质上是指是灵敏度的测量。
最常用的加速度计灵敏度校准方法是与标准参考传感器对比法，通常是一种在校准的情况下稳定低噪声的加速度计。
常用的对比方法是背靠背测量。
将被校传感器(Sensor Under Test-SUT)和标准参考传感器背靠背安装，并且对两个传感器施加同一机械激振。
因为两个传感器的运动学输入相同，所以它们的输出比率就是它们的灵敏度比率。
灵敏度表达为以下公式:S sut = S ref • (V sut/V ref) • (G ref / G sut)其中:S sut是被校传感器(SUT) 灵敏度(mV/G, mV/(m/s2); pC/G, or pC/(m/s2))S ref是参考传感器的灵敏度( mV/G, mV/(m/s2); pC/G, or pC/(m/s2))V sut 是被校传感器(SUT) 通道输出( mV)V ref 是参考传感器通道输出( mV)G sut是参被校感器适调器增益(mV/mV or mV/pC)G ref 是参考传感器适调器增益( mV/mV or mV/pC)依据激振的性质，现有两种可行的校准方法: 周期性(振动校准) 瞬态性(冲击校准)，详见ISO-16063 Part 21 [1] 和Part 22 [2]. 精密的加速度计校准装置不仅应当遵循这些标准，还应当注重系统测试链中每一个部件的设计和性能，包括冲击和振动台、标准参考传感器、信号适调器、数字数据采集器和控制软件。
频率响应实验报告
频率响应实验报告频率响应实验报告引言：频率响应是指系统对不同频率输入信号的输出响应程度。
在电子工程和音频领域，频率响应是评估设备或系统性能的重要指标之一。
本文将介绍一次频率响应实验的过程、结果和分析。
实验目的：本次实验的目的是通过测量和分析电子系统的频率响应，评估系统对不同频率信号的传输和处理能力。
通过实验数据的收集和分析，我们可以了解系统在不同频率下的增益和相位特性，并对系统的性能进行评估。
实验装置：本次实验使用了一个信号发生器、一个频谱分析仪和一个待测系统。
信号发生器用于产生不同频率的输入信号，频谱分析仪用于测量系统的输出信号频谱，待测系统是我们需要评估频率响应的对象。
实验步骤：1. 连接实验装置：将信号发生器的输出端与待测系统的输入端相连，将待测系统的输出端与频谱分析仪的输入端相连。
2. 设置信号发生器：选择适当的频率范围和信号波形，并设置合适的输出幅度。
3. 设置频谱分析仪：选择适当的分析带宽和分辨率，并确保频谱分析仪与信号发生器的输出频率范围匹配。
4. 开始实验：逐步改变信号发生器的频率，记录频谱分析仪的输出结果。
5. 收集数据：记录每个频率下频谱分析仪的输出幅度和相位数据。
6. 数据分析：根据收集到的数据，绘制频率响应曲线，并进行进一步的分析和评估。
实验结果：根据实验数据的分析，我们得到了待测系统的频率响应曲线。
该曲线显示了系统在不同频率下的增益和相位特性。
我们可以观察到系统在某些频率下具有较高的增益，而在其他频率下增益较低。
此外，相位特性也可能随频率变化而变化。
实验分析：通过对频率响应曲线的分析，我们可以评估系统对不同频率信号的处理能力。
较高的增益表示系统对该频率信号具有较好的放大能力，而较低的增益可能表示信号在系统中传输过程中的损耗。
相位特性的变化可以影响信号的时间延迟和相位差，从而影响系统对信号的处理结果。
结论：本次实验通过测量和分析电子系统的频率响应，评估了系统对不同频率信号的传输和处理能力。
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频率响应分析在加速度计校准中的应用研究
加速度计是目前普遍应用于工业自动化、工程控制、运动控制、机器人、汽车、飞机等领域的一种控制器件。
在实际应用中，加速度计不可避免地会受到温度变化、运动状态、外部干扰等因素的影响，从而导致测量结果的误差。
因此，加速度计的校准显得尤为重要。
频率响应分析是常用的一种加速度计校准方法。
频率响应是系统对不同频率的
输入信号所做出的响应的评估指标，通常用幅频特性曲线来表示。
频率响应测试可以用于评估传感器的性能，并检查传感器是否具有理想的响应曲线。
在加速度计校准中，频率响应测试可以帮助确定加速度计的灵敏度和线性度，以及对频率和相位的依赖性。
加速度计通常被定义为一个二阶系统模型，由于其系统具有共振频率，因此在
进行频率响应测试时必须避免其受到系统共振的影响。
在进行频率响应测试之前，应首先检查测试系统的工作频率范围和分辨率，以确保测试结果的精度和准确性。
频率响应测试通常在频率范围内进行，以评估加速度计的性能。
在测试过程中，由于加速度计的输出信号会受到外部干扰和噪声的影响，因此需要对其进行滤波处理。
通过使用数字滤波器可以降低干扰和噪声的影响，提高测试结果的准确性。
在频率响应测试过程中，还需要对加速度计进行初始调零，以确保测试过程中
的准确性。
调零过程可以采用重力校准或其他方法，以确保加速度计在进行频率响应测试时处于一个恒定的初始状态。
频率响应测试的数据处理通常需要进行波形捕获、数据采集、离线数据分析和
软件分析等步骤。
数据处理结果可以用于评估加速度计的性能，并根据测试结果进行加速度计的线性校准和调整。
在实际应用中，测试频率范围和测试分辨率是影响频率响应测试结果精度和准
确性的关键因素。
测试频率过低或测试分辨率不足可能会导致测试结果的误差增加，进而影响校准结果。
应根据具体应用要求选择适合的测试频率范围和测试分辨率。
总之，频率响应分析是加速度计校准中常用的方法之一，其核心在于对加速度
计的灵敏度和线性度进行评估。
在频率响应测试过程中需要注意避免共振，进行滤波处理和数据处理，并根据测试结果进行加速度计的线性校准和调整，从而实现校准的准确性和精度。