MEMS数字加速度计测试系统研究

发布时间：2020-04-01 14:18

【摘要】：MEMS数字加速度计的研究主要包括模拟MEMS加速度计、加速度信号数字化及数字加速度计测试等内容。数字加速度计测试系统用于分析加速度信号的各类参数,贯穿于MEMS数字加速度计研究中的研发、试制及成品检测等研发生产环节。针对MEMS加速度计数字化技术的要求,本文研究MEMS数字加速度计测试技术的集约化、智能化和实时化,并结合新型MEMS加速度信号计的复杂性特征,对测试系统技术及加速度信号分析算法展开研究,以满足MEMS数字加速度计研发过程中对贯穿整个过程的测试要求。MEMS数字加速度计测试系统主要由上位计算机、嵌入式测试硬件平台和软件算法等部分构成。其中上位计算机实现模型数据发生、测试数据分析、数据存储和数据显示等功能。嵌入式测试硬件平台实现通信、参数配置、数据显示和存储等功能。软件算法部分实现整个MEMS数字加速度计测试系统中的数字信号处理算法、显示存储和自检等。论文研究工作主要包括根据算法模拟三轴数字加速度计信号的产生、数字信号处理算法的设计、软硬件研制以及系统调试。首先建立数字加速度误差数据模型,基于数字加速度计的误差模型,有三种静态测试数字加速度计的方法用来计算分析MEMS数字加速度计的性能参数,分别为静态六位置法、静态椭球拟合法和的方法。通过模拟的三轴数字加速度信号进行软件仿真,通过对三种方法实验条件和软件仿真结果进行分析,得到分别适用于下位机和上位机的测试方法。测试板通过IIC通信协议与数字加速度计通信,在此过程中,为了确保所接收数据的准确性,需要完成硬件IIC通信自检,并实现数据的接收、实时显示和存储。为了保证整个系统能够正常工作,首先需要对测试板的各个模块进行功能自检,包括数据存储功能自检和与上位机通过串口通信自检。另外通过上位机编写算法程序来对接收的三轴数字加速度数据进行分离、实时显示、存储和计算分析MEMS数字加速度计的性能指标:包括零漂和比例因子,并对其进行实时显示和存储。为确保所检测到的数字加速度计性能指标的准确性,需要完成系统软、硬件的调试,该过程通过算法模拟三轴数字加速度计信号来验证完成。在进行系统联调的过程中,使用MPU6050模块作为测试的数字加速度计模块,该模块支持IIC通信,通过IIC通信总线读取该模块中寄存器中的三轴数字加速度数据,测试板和上位机对读取的三轴数字加速度数据进行存储、显示和分析处理。并对结果进行对比分析。完成整体软硬件调试后,建立嵌入式系统进行最后的封装。论文研究涉及微电子技术、MEMS技术、数字信号处理技术、嵌入式技术、通信技术和计算机测试等技术。
【图文】：

原理图,原理图,加速度计,数字

自从国内数字加速度计发展以来， MEMS 数字加速度计测试系统得以发展和迅推广。根据 MEMS 数字加速度计的不同，衍生出许多不同的测量方法，主要分为轴转台标定法和无三轴转台标定法，本论文主要基于 MEMS 数字加速度计的无转标定法研究。对基于 MEMS 数字加速度计误差模型，衍生出的静态六位置测量模、拟合椭球测量模型和静态矩阵测量模型分别进行分析研究。确定分别适用于下位和上位机的测量模型，通过算法分析得到 MEMS 数字加速度计的零漂和比例因子参数。.1 数字加速度计原理在惯性导航及惯性制导中，加速度计的种类结构和原理各种各样，按照加速度计工作原理可以分为压电式、电容式和压阻式。在本论文研究的 MEMS 数字加速度测试系统中采用 MPU6050 模块，MPU6050 模块获得三轴数字加速度数据的步骤如 2.1 所示：

加速度,静态,惯性场,物体

2-4 所示：oa g a （求得加速度后，可以根据速度与加速度的值求出物体在惯性场中的速度v 以位移s ，如式 2-5 和 2-6 所示：212 1tt t t ttv v atd （22 11tt t t tts s vtd （其中t1v 为物体在 t1 时刻的速度，t2v 为物体在 t2 时刻的速度，t1s ，t2s 为物时刻的位移，ta ，tv 为物体在 t 时刻的加速度和速度值，由上式可以知道在惯性导航和惯性制中通过加速度的值可以得到物体的速度和位移，所以数字在现在的军事和汽车导航等领域应用越来越广泛。设物体在惯性场中的加速度为a ，，则将加速度在 X,Y,Z 三个方向上进行加速，当物体在惯性场中处于静态状态时，有如下图 2.2 所示加速度的分解：
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH824.4

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