基于单片机的数字微加速度计静态测试平台设计

　　0　引　言

　　微机械加速度计具有批量大、成本低、体积小、重量轻等优点,在军事和民用领域得到广泛应用。其中,数字式微加速度计具有直接数字输出、低谐波失真以及优异的低频响应性能等特点[1],除了传统的汽车技术领域应用外,已逐步进入消费电子领域。随着数字微加速度计的广泛应用,其测试方法和测试系统的研究必不可少。

　　加速度计在重力场条件下的静态测试,利用重力加速度作为输入,可方便地测试加速度计在±1gn范围内的性能,并得到标度因数和零偏等指标。随着测试测量和自动化技术的不断发展,加速度计测试方法也得到广泛的研究,如,加速度计八位置标定测试系统、谐振式微机械加速度计测试平台等[2, 3]。但这些方法的测试对象是高精度的加速度计,对测试环境有特殊要求,需要专门设备和基于计算机的控制与数据处理,而对于大批量、低成本的低精度数字式微加速度计而言,测试成本较高而测试效率低。基于这种现状,本文研究了一种针对低精度数字式微加速度计的测试平台,该平台以单片机为核心,不依赖于计算机计算和控制,可独立完成加速度计在重力场中的静态性能指标测试,得到重力场条件下的数学模型,并标定加速度计的标度因数、零偏和非线性度等性能指标。该平台简化了测试系统和复杂的操作流程,使得数字式微加速度计的静态测试高效、经济、方便。

　　1　测试方案

　　数字式微加速度计测试系统以重力场静态翻滚试验为基础,测试得到加速度计在±1gn重力加速度范围内的各项性能指标。重力加速度是一种理想的加速度输入量,最容易获得,且可以精确知道其大小和方向,具有试验方便和结果精确的特点,重力场试验是加速度计的主要试验之一,也是其他性能测试的基础。

　　1.1　重力场试验原理

　　进行重力场1gn测试时,安装方法如图1所示,将加速度计通过卡具安装在位置转台上,使加速度计的输入轴在铅垂平面内相对重力加速度转动。对于数字输出的加速度计,一般是通过输出PWM信号占空比大小的变化来反映加速度计敏感轴上所受的重力加速度分量的变化。

　　使位置转台在360°范围内旋转,由图1可知,敏感轴上的加速度分量为[4]:

　　式中　a为敏感轴上的加速度;θ为加速度计敏感轴与水平方向间的夹角。由式(1)可知,当位置转台转动时,加速度计敏感轴上的重力加速度分量呈正弦关系变化,加速度计的输出也呈正弦关系变化。

　　在知道敏感轴与水平方向的夹角后,就可以计算出加速度计所感受到的加速度大小,占空比输出与敏感轴加速度呈线性关系。