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。
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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。