加速度计标定方法

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1、振动、测试与诊断第３４卷第３期Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．３２０１４年６月Ｊｕｎ．２０１４ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ＊三轴数字ＭＥＭＳ加速度计现场标定方法彭孝东１，２，张铁民１，李继宇１，闫国琦１（１．华南农业大学工程学院广州，５１０６４２）（２．机器人学国家重点实验室沈阳，１１００１６）摘要微机电系统（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ，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

2、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。关键词微机电系统；加速度计传感器；标定；转台中图分类号Ｖ２４１．４；Ｕ６６６．１２说，零位误差和标度系数误差是影响其精度的主要引言因素，且随时间环境的变化而变化，安装误差及轴间非正交误差在长时间范围内不会产生较大的变化，农业机械的自动导航控制与变量作业实施中，并可以通过提高安装工艺及制造工艺来减小此类误实时检测与获取

3、农业机械的姿态角对农业机械精确差的影响。轴间非正交误差造成影响和安装误差相［１］导航及变量作业控制具有重要意义。对物体姿态似，可将其统一划归为安装误差。因此，根据上述角的监测常用到电子罗盘、陀螺仪以及加速度计等ＭＥＭＳ三轴加速度计误差形成的特点，将传感器输惯性测量单元进行组合监测，采用多传感器融合技［５－１０］［２－３］出误差数学模型表示为术来获取物体的偏航角、俯仰角及翻滚角信息。惯性测量单元在使用前必须对其进行标定校准实熿Ｄｘ燄熿Ｓｘｋｘｙｋｘｚ燄熿Ｍｘ燄熿Ｂｘ燄验，补偿各种误差以提高检测精度。惯性传感器的Ｄｙ＝ｋｙｘＳｙｋｙｚＭｙ＋Ｂｙ（１）标定

4、通常是在三轴转台上来完成的，高精度三轴转燀Ｄｚ燅燀ｋｚｘｋｚｙＳｚ燅燀Ｍｚ燅燀Ｂｚ燅台价格昂贵，体积笨重，只限于实验室使用。普通用其中：Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ为加速度的真实值；Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ为户和一般的实验室很少具备这类精密昂贵的专用实传感器测量值；Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ为传感器的零偏；Ｓｘ，Ｓｙ，验设备，很少有条件对此类传感器做精确标定，因此Ｓｚ为传感器的比例因子；ｋｉｊ（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ；ｊ＝ｘ，ｙ，ｚ；需要一种简单方便、快捷有效的标定校准方法。ｉ≠ｊ）为传感器安装误差系数。根据ＭＥＭＳ三轴数字加速度计的特点，利用普加速度传感器的标定就是确定数学模型中的零通

5、气泡水平仪、六面体盒状物实现了加速度计的六偏、比例因子、安装误差系数，该模型中共有１２个未位置现场简易标定，并通过三轴转台实验验证了其知参数。随着安装工艺和制作工艺的提高，安装误准确性及精度，证明了该标定法简单快速，准确可差所带来的影响很小，相对于比例因子和零偏所造靠，特别适合于现场标定。成的误差来说是可以忽略的小量，因此现场简单标定可以只对比例因子与零偏进行标定，则传感器的１数字加速度计误差与数学模型误差数学模型简化为根据误差产生机制不同，三轴加速度计误差主熿Ｄｘ燄熿Ｓｘ００燄熿Ｍｘ燄熿Ｂｘ燄要分为零位偏差、标度系数误差、安装误差及轴间非Ｄｙ＝０Ｓ

6、ｙ０Ｍｙ＋Ｂｙ（２）［４－５］燀燅燀燅燀燅燀燅正交误差等。对ＭＥＭＳ三轴加速度计传感器来Ｄｚ００ＳｚＭｚＢｚ＊国家高技术研究发展计划（“八六三”计划）资助项目（２０１３ＡＡ１０２３０３）；机器人学国家重点实验室开放课题资助项目（２０１２－Ｏ０２）收稿日期：２０１３－０２－２７；修回日期：２０１３－０７－１２第３期彭孝东，等：三轴数字ＭＥＭＳ加速度计现场标定方法５４５Ｓｘ＝２５６×２／（Ｘ＋１ｇ－Ｘ－１ｇ）（４）２数字加速度计标定测试方法通过６个位置测试得到加速度计各敏感轴的零偏与比例因子（表２），为降低单片机处理负荷数据实验用的加速度传感器是ＡＤＩ公

7、司新推出的做了取整处理，其中Ｍ为加速度计敏感轴实际输三轴数字加速度计ＡＤＸＬ３４５，一款主要应用于消出，并记该标定过程为现场标定Ｉ。费电子的微型惯性器件，具有３．９ｍｇ／ＬＳＢ（ｌｅａｓｔ表２现场简易标定Ｉ加速度计零偏与比例因子ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｂｉｔ，简称ＬＳＢ）最低有效位的灵敏度，数Ｔａｂ．２Ｂｉａｓａｎｄｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒｏｆａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｉｎｓｉｍｐｌｅｆｉｅｌｄ据输出频率高达３２００Ｈｚ。该传感器采用集成式ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎＩ存储器管理系统，有可选的３２级先进先出（ｆｉｒｓｔｉｎ－ＬＳＢ敏感轴比例因子ｐｕｔｆｉｒｓｔ

8、ｏｕｔｐｕｔ，简称ＦＩＦＯ）缓冲器存储数据，能大Ｍ＋１ｇＭ－１ｇ零偏大降低主机处理器负荷及系统功耗。ｘ轴２７