單向加速度傳感器常用解決方案

單向加速度傳感器數字閉環檢測電路噪聲研究

為了解決當前數字閉環石英柔性加速度計（DCLA）測量精度及其理論極限精度存在一個數量級的問題，進行DCLA閉環檢測電路噪聲分析。建立閉環系統誤差模型，采用逐級噪聲檢測方法構建基于噪聲分離的開環噪聲測試平臺。確定差分電容檢測鏈路（C/V）是影響系統精度的主要因素。在此基礎上，測試改進的測試原型的偏差穩定性，并對測試結果進行Allan方差分析。該振蕩用于調制另一組差分電極之間的電容差異，該差分電極僅用于加速度感測。實驗結果表明，改進的DCLA系統的準確度從65.49μg提高到12.24μg，與理論精度基本一致。充分驗證了理論分析方法的正確性，為進一步完善和優化數字閉環加速度計系統提供了指導和依據。

數字閉環;石英加速度計;檢測電路;噪聲分析。

單向加速度傳感器具有精度高，長期穩定，體積小，結構簡單等優點。它在各種慣性導航，制導，測量和控制領域中發揮著重要作用。傳統的石英柔性加速度計一般采用模擬伺服電路，輸出為模擬信號。需要開環模數轉換電路來為導航計算機提供數字信息，并且在轉換過程中不可避免地會發生精度損失并隨著時間累積。對于A/D轉換方案，系統轉換精度受芯片數量的限制，特別是在信號較小的情況下，系統轉換誤差較大。目前，國內學者對石英柔性加速度計的研究主要集中在儀表元件和模數轉換電路（I/F，V/F，A/D）的改進上。盡管I/F和V/F方案可以實現更高的轉換精度，但頻率測量芯片的使用決定了系統的轉換速率不快且成本高;對于A/D轉換方案，系統轉換精度受芯片數量的限制，特別是在信號較小的情況下，系統轉換誤差較大。可以看出，模擬石英柔性加速度計對所用器件的依賴性很大，難以解決精度損失的問題。

本文提出的基于數字閉環方案的石英柔性加速度計可以直接輸出數字量。從理論上講，開環模數轉換不會造成精度損失，并且由于使用了模擬電流反饋，因此可以避免脈沖引起的增加。單向加速度傳感器具有抗干擾能力強，可靠性高，可控性強等優點，具有廣闊的應用前景。

傳統線加速度計包括液浮擺式加速度計、石英撓性加速度計等加速度計在其他領域有著廣泛的用途，如飛行器的控制和導航系統、各種基準臺和平臺的調平系統、地質探礦鉆孔測斜系統、路橋監測系統、機器人狀態控制系統、過載限制系統、鉆井控制系統和運動員輔助訓練系統等，其市場需求很大。加速度計的類型較多，根據其構造形式可分為機械的和固態的，單向加速度傳感器屬于機械敏感器——力反饋擺式加速度計，其具有緊湊、可靠、精度高和動態范圍寬等特點。在嫦娥四號的任務中，晶體元器件為工程的發射、測控、在軌飛行、著陸等提供了穩定、可靠的頻率信號，嫦娥四號的頻率信號如同人體的脈搏，脈搏的穩定是她穩定正常工作的前提。

   石英撓性加速度計用于有空間限制的運動物體的加速度測量系統中。石英撓性加速度計按其應用分為：船用，航空航天用，車載等。若是船用，尤其是用于水下，對姿態的要求較高，要求慣性導航設備運行時間長，因此需要選用精度較高的產品，若是航空航天用，此類導航系統大多數連續運行時間短，精度要求低，但需要較大量程。廊坊市航新儀器儀表有限公司是國內專業生產和研發導航系統及器件的高技術企業，幾十年一直從事慣性導航系統、角度測量、單向加速度傳感器產品的研究、設計、生產和試驗。石英撓性加速度計可應用于各種線加速度、振動加速度的測量，經轉換后可應用于速度、距離、角速度、角位移等參數測量。　“嚴謹、求實、創新、發展”是公司的基本理念。公司依托航天科技實力，發揮航天創業精神，不斷地提高核心競爭能力，加強自主創新，隨時了解及跟蹤世界前沿技術，技術水平一直居于行業先進地位。

加速度傳感器有很多種，加速度傳感器的原理：通過這個加速度傳感器，可以測量手機或者是手環在三個不同方向上的加速度。通過對加速度的值進行計算，就可以大概測出走路的步數。加速度傳感器還可以應用在橋梁的健康監測中、汽車領域和硬盤抗沖擊防護實驗中。以汽車為例，它可以應用在汽車碰撞試驗、汽車安全氣囊（Airbag）、ABS防抱死剎車系統、電子穩定程序（ESP）、電控懸掛系統等。普通石英玻璃是用天然水晶或硅石作原料經高溫熔制而成的，高純優質石英玻璃則使用無機或有機含硅的液體化合物經火焰水解合成工藝制成，稱為合成石英玻璃（Syntheticfusedsilica）。石英撓性加速度計結構 軛鐵由溫度系數低，導磁性能好的軟磁材料組成。磁鋼采用導磁性能比較良好的AL-Ni-Co8永磁材料，用無心磨床加工。石英撓性加速度計加速度引起的差動電容變化量C，由伺服電路中差動電容檢測器檢測，其輸出為電流，此電流經電流積分器變成輸出電壓，然后跨導補償放大器把電壓變成輸出電流，該輸出電流的大小與輸入加速度成正比。