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随着Micro Electronic Mechanical System技术的发展,各种传感器小型化已成为发展的趋势。MEMS传感器是在传感器小型化的基础上,又保证了其较高的测量精度,所以它广泛应用于很多领域如航空航天、石油测井、汽车电子等等,因此对MEMS传感器校正方面的研究是非常迫切和必要的。
本文针对MEMS加速度计校正系统进行了几方面研究,包括校正算法研究、实验系统平台的硬件设计、软件设计及上位机软件设计,并使用MS9002.DMEMS加速度计完成了系统平台的调试工作和校正算法的测试实验。
首先,本文分析了MEMS加速度计的误差产生原因,并说明了相应的校正方法,提出了针对单轴MEMS加速度计的12参数自动校正方法,它的理论依据是:在静态条件下,三个正交的微加速度传感器所受重力的矢量和与地球重力加速度相等。通过获取任意12个点的测量数据,就能在很短的时间内通过非线性寻优可以计算出12个参数包括偏移误差、每个轴的刻度因子和轴间误差。
接着,介绍了MEMS加速度计校正系统的设计方案,系统硬件设计是基于TI公司TMS320F28335芯片,主频可达150MHZ,满足了系统设计的要求,AD采样芯片采用的是AD公司的6通道16位的AD7656,在满足系统设计精度的同时也满足了系统实时性的设计要求。系统的软件设计采用模块式的设计方法,整个系统程序包括主程序模块、AD采样中断程序模块、串口中断程序模块和定时器中断程序模块,它们完成芯片初始化、变量的初始化、A/D采样、串口通信、采样数据校正计算等功能。
其次,叙述了上位机软件的设计方案,包括使用LabWindows/CVI软件设计的程序实现了测量数据的显示和保存,校正参数的下载和读取等功能;使用MATLAB软件设计的程序实现了自动校正算法校正参数的计算功能。
最后,对设计的MEMS加速度计校正系统实验平台进行了调试,并完成了MS9002.D MEMS加速度计的测试实验。实验结果表明:使用新的12参数自动校正方法的测量精度大于使用传统6参数校正方法。
本文提出了一种新颖的针对于单轴MEMS自动校正算法,它的优点是在增加测量精度的同时不受环境和设备精度的影响,这种方法具有一定的创新性。