Método de teste para viés e fator de escala de acelerômetro flexível de quartzo: guia completo e análise de sensibilidade à temperatura.

"É apresentada uma análise aprofundada dos métodos de teste para o viés (viés zero) e o fator de escala de acelerômetros flexíveis de quartzo, incluindo técnicas especializadas como o teste de rolamento de quatro pontos e o teste de dois pontos, bem como a fórmula de cálculo para a sensibilidade à temperatura. Isso é aplicável a aplicações de alta precisão, como navegação inercial e espaçonaves."

O viés (viés zero) e o fator de escala dos acelerômetros flexíveis de quartzo determinam diretamente a precisão da medição e a estabilidade a longo prazo do acelerômetro, especialmente em cenários de aplicação de alta precisão, como navegação inercial e controle de atitude. Portanto, são dois indicadores-chave de desempenho para a avaliação de acelerômetros de quartzo.

A importância fundamental do viés (viés zero) reside no erro inerente do sistema do acelerômetro, que leva diretamente ao desvio fundamental de todos os resultados de medição. Por exemplo, se o viés zero for de 1 mg, o valor medido incorporará esse erro, independentemente da aceleração real. O viés zero também sofre deriva com fatores como tempo, temperatura e vibração (estabilidade do viés zero). Em sistemas de navegação inercial, a deriva do viés zero é continuamente amplificada por meio de operações de integração, resultando em erros cumulativos de posição e velocidade. As características de temperatura dos materiais de quartzo também podem causar a variação do viés zero com a temperatura (coeficiente de temperatura do viés zero), sendo necessários algoritmos de compensação de temperatura para suprimir esse efeito em aplicações de alta precisão. O fator de escala refere-se à relação proporcional entre o sinal de saída de um acelerômetro e a aceleração de entrada real. O erro no fator de escala pode levar diretamente à distorção proporcional dos resultados da medição. A estabilidade do fator de escala afeta diretamente o desempenho do sistema em ambientes de alta faixa dinâmica ou temperatura variável. Na operação de integração da aceleração em sistemas de navegação inercial, o erro do fator de escala será integrado duas vezes, amplificando ainda mais o erro de posição.

Portanto, a razão pela qual o viés e o fator de escala se tornaram indicadores-chave de desempenho de acelerômetros flexíveis de quartzo é que ambos são fontes fundamentais de erro e restrições essenciais à estabilidade a longo prazo. Em aplicações de nível de sistema, o desempenho desses dois parâmetros determina diretamente se o acelerômetro pode atender aos requisitos de alta precisão e alta confiabilidade, especialmente em cenários como direção autônoma, espaçonaves, navegação submarina, etc., onde a tolerância a erros é zero.

Oteste de viésO teste pode ser realizado por dois métodos: teste de rolamento de quatro pontos (posições de 0°, 90°, 180° e 270°) ou teste de dois pontos (posições de 90° e 270°). O teste do fator de escala pode ser realizado por três métodos: teste de rolagem de quatro pontos (posições de 0°, 90°, 180° e 270°), teste de dois pontos (posições de 90° e 270°) e teste de vibração. Tomando como exemplo o método de teste de rolamento de quatro pontos, este artigo explica como obter o viés e o fator de escala de um sensor de aceleração.

1.Métodos de teste para viés e fatores de escala:

um)Instale o acelerômetro em uma bancada de testes específica (cabeçote indexador de múltiplos dentes).

b)Inicie a bancada de testes.

c)Gire a bancada de testes no sentido horário até a posição de 0°, estabilize-a e registre a saída de múltiplos conjuntos de produtos testados de acordo com a frequência de amostragem especificada. Considere a média aritmética como o resultado da medição;

d)Gire a bancada de testes no sentido horário até a posição de 90°, estabilize-a e registre a saída de múltiplos conjuntos de produtos testados de acordo com a frequência de amostragem especificada. Considere a média aritmética como o resultado da medição;

e)Gire a bancada de testes no sentido horário até a posição de 180°, estabilize-a e registre a saída de múltiplos conjuntos de produtos testados de acordo com a frequência de amostragem especificada. Considere a média aritmética como o resultado da medição;

f)Gire a bancada de testes no sentido horário até a posição de 270°, estabilize-a e registre a saída de múltiplos conjuntos de produtos testados de acordo com a frequência de amostragem especificada. Considere a média aritmética como o resultado da medição;

g)Gire a bancada de testes no sentido horário até a posição de 360°, depois no sentido anti-horário para obter os ângulos de rotação de 270°, 180°, 90° e 0°. Após a estabilização, registre a saída de múltiplos conjuntos de produtos testados de acordo com a frequência de amostragem especificada e calcule a média aritmética como resultado da medição.

h)Calcule o viés e o fator de escala.do produto testado usando as seguintes fórmulas (1) e (2).

K0 = -------------------------------------- (1)

K1 =-------------------------------------- (2)

Onde:

K0 -------Viés

K1 -------Fator de escala

        A média total das leituras direta e inversa na posição 0°

        A leitura média total da rotação para frente e para trás na posição de 90°

        --- Leitura média total da rotação para frente e para trás na posição de 180°

        --- Média total das leituras para rotação direta e inversa na posição de 270°

2.Método de teste para sensibilidade à temperatura de polarização e sensibilidade à temperatura do fator de escala

um)Inicie a bancada de testes.

b)Calcule o viés e os fatores de escala em cada ponto de temperatura usando as fórmulas (1) e as fórmulas (2) à temperatura ambiente, à temperatura operacional limite superior especificada pelo acelerômetro e à temperatura limite inferior especificada pelo acelerômetro.

c)Calcule osensibilidade à temperaturado acelerômetro usando as seguintes fórmulas (3) e (4):

  ---------------------(3)

onde:

Sensibilidade à temperatura de polarização

----Viés da temperatura limite superior do sensor

----Viés da temperatura ambiente do sensor

-----Desvio da temperatura limite inferior do sensor

Temperatura limite superior

Temperatura ambiente

Temperatura limite inferior

  ---------------------(4)

Onde:

Sensibilidade à temperatura do fator de escala

Fator de escala

Fator de escala para a temperatura limite superior do sensor

Fator de escala da temperatura ambiente do sensor

Fator de escala para a temperatura limite inferior do sensor

Temperatura limite superior

Temperatura ambiente

Temperatura limite inferior

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