Решения для эффективного определения наклона с использованием акселерометров MEMS

Ключевые моменты

• Продукт: Высокоточный МЭМС-акселерометр ACM 1200

  Функции:

  • Стабильность смещения: 100 мг для надежного смещения в условиях невесомости.
  • Разрешение: 0,3 мг для точных измерений.
  • Диапазон температур: Заводская калибровка от -40°C до +80°C.
  • Область применения: Предназначен для мониторинга наклона гидротехнических сооружений, гражданского строительства и инфраструктуры.

  Преимущества: Высокая точность (погрешность наклона 0,1°), эффективна в динамичных средах, отвечает таким ключевым критериям, как низкий уровень шума, повторяемость и поперечная чувствительность, повышая долгосрочную надежность и производительность систем измерения наклона.

В области MEMS-систем емкостные акселерометры стали краеугольным камнем технологии измерения наклона или наклона. Эти устройства, необходимые для различных промышленных и потребительских применений, сталкиваются с серьезными проблемами, особенно в динамичных средах, где преобладают вибрация и удары. Достижение высокой точности, например точности наклона 0,1°, требует учета ряда технических характеристик и факторов погрешности. В этой статье рассматриваются ключевые критерии и решения для эффективного определения наклона с использованием акселерометров MEMS.

1. Ключевые критерии точного определения наклона

Стабильность смещения. Стабильность смещения означает способность акселерометра поддерживать постоянное смещение при нулевой гравитации с течением времени. Высокая стабильность смещения гарантирует, что показания датчика остаются надежными и не дрейфуют, что имеет решающее значение для поддержания точности измерений наклона.

• Смещение из-за превышения температуры. Изменения температуры могут привести к смещению смещения акселерометра при невесомости. Минимизация этих сдвигов, известная как смещение темпко, необходима для поддержания точности в различных условиях эксплуатации.
• Низкий уровень шума. Шум в показаниях датчика может существенно повлиять на точность измерений наклона. Малошумящие акселерометры жизненно важны для получения точных и стабильных показаний наклона, особенно в статических условиях.
• Повторяемость: Повторяемость означает способность датчика выдавать одинаковый выходной сигнал в одинаковых условиях в течение нескольких испытаний. Высокая повторяемость обеспечивает стабильную работу, что имеет решающее значение для надежного определения наклона.
• Исправление вибрации. В динамичных условиях вибрация может исказить данные о наклоне. Эффективное устранение вибрации сводит к минимуму влияние этих помех, позволяя проводить точные измерения наклона, даже когда датчик подвергается внешним вибрациям.
• Межосевая чувствительность: этот параметр измеряет, насколько на выходной сигнал датчика влияют ускорения, перпендикулярные оси измерения. Низкая поперечная чувствительность необходима для обеспечения точной реакции акселерометра на наклон только вдоль заданной оси.

2. Проблемы в динамичной среде

Динамические среды создают серьезные проблемы для акселерометров MEMS в приложениях измерения наклона. Вибрация и удары могут привести к ошибкам, которые искажают данные о наклоне, что приводит к значительным неточностям измерений. Например, достижение <В таких условиях точность наклона в 1° чрезвычайно сложна, тогда как достижение точности >1° более осуществимо. Понимание характеристик датчика и условий окружающей среды приложения имеет решающее значение для оптимизации точности измерения наклона.

3. Источники ошибок и стратегии их устранения.

Несколько источников ошибок могут повлиять на точность акселерометров MEMS при измерении наклона:

• Точность и сдвиг смещения при нулевой гравитации. Ошибки смещения при нулевой гравитации могут возникать из-за пайки, выравнивания корпуса печатной платы и изменений температуры. Калибровка после сборки может уменьшить эти ошибки.
• Точность чувствительности и Tempco: Для обеспечения точных показаний необходимо свести к минимуму изменения чувствительности из-за изменений температуры.
• Нелинейность. Нелинейные отклики могут исказить результаты измерений, и их необходимо корректировать посредством калибровки.
• Гистерезис и долговременная стабильность. Гистерезис и стабильность в течение всего срока службы датчика могут повлиять на точность. Эти проблемы часто решаются посредством высококачественного производства и проектирования.
• Влажность и изгиб печатной платы. Факторы окружающей среды, такие как влажность и механические напряжения в результате изгиба печатной платы, могут привести к дополнительным ошибкам. Для смягчения этих последствий необходимы обслуживание на месте и контроль окружающей среды.

Например, высокоточный МЭМС-акселерометр ACM 1200 специально разработан для измерения угла наклона. Он имеет стабильность смещения 100 мг и разрешение 0,3 мг. Заводская калибровка характеризует всю сигнальную цепь датчика на предмет чувствительности и смещения в заданном диапазоне температур (обычно от –40°C до +80°C), обеспечивая высокую точность и надежность при установка. Он подходит для долгосрочной установки в гидротехнических сооружениях, таких как бетонные, панельные и земляно-каменные плотины, а также в гражданских и промышленных зданиях, дорогах, мостах, туннелях, земляных полотнах и фундаментах гражданского строительства. Это облегчает измерение изменений наклона и позволяет автоматически собирать данные измерений.

4. Заключение

Емкостные акселерометры MEMS играют решающую роль в достижении точного измерения наклона, но они должны решать различные проблемы, особенно в динамичных средах. Ключевые критерии, такие как стабильность смещения, смещение по температуре, низкий уровень шума, повторяемость, устранение вибрации и поперечная чувствительность, играют решающую роль в обеспечении точных измерений. Устранение источников ошибок посредством калибровки и использование интегрированных решений, таких как iSensors, может значительно повысить производительность и надежность систем измерения наклона. По мере развития технологий эти датчики будут продолжать развиваться, предлагая еще большую точность и надежность для широкого спектра применений.