【摘要】：MEMS數字加速度計的研究主要包括模擬MEMS加速度計、加速度信號數字化及數字加速度計測試等內容。數字加速度計測試系統(tǒng)用于分析加速度信號的各類參數,貫穿于MEMS數字加速度計研究中的研發(fā)、試制及成品檢測等研發(fā)生產環(huán)節(jié)。針對MEMS加速度計數字化技術的要求,本文研究MEMS數字加速度計測試技術的集約化、智能化和實時化,并結合新型MEMS加速度信號計的復雜性特征,對測試系統(tǒng)技術及加速度信號分析算法展開研究,以滿足MEMS數字加速度計研發(fā)過程中對貫穿整個過程的測試要求。MEMS數字加速度計測試系統(tǒng)主要由上位計算機、嵌入式測試硬件平臺和軟件算法等部分構成。其中上位計算機實現(xiàn)模型數據發(fā)生、測試數據分析、數據存儲和數據顯示等功能。嵌入式測試硬件平臺實現(xiàn)通信、參數配置、數據顯示和存儲等功能。軟件算法部分實現(xiàn)整個MEMS數字加速度計測試系統(tǒng)中的數字信號處理算法、顯示存儲和自檢等。論文研究工作主要包括根據算法模擬三軸數字加速度計信號的產生、數字信號處理算法的設計、軟硬件研制以及系統(tǒng)調試。首先建立數字加速度誤差數據模型,基于數字加速度計的誤差模型,有三種靜態(tài)測試數字加速度計的方法用來計算分析MEMS數字加速度計的性能參數,分別為靜態(tài)六位置法、靜態(tài)橢球擬合法和的方法。通過模擬的三軸數字加速度信號進行軟件仿真,通過對三種方法實驗條件和軟件仿真結果進行分析,得到分別適用于下位機和上位機的測試方法。測試板通過IIC通信協(xié)議與數字加速度計通信,在此過程中,為了確保所接收數據的準確性,需要完成硬件IIC通信自檢,并實現(xiàn)數據的接收、實時顯示和存儲。為了保證整個系統(tǒng)能夠正常工作,首先需要對測試板的各個模塊進行功能自檢,包括數據存儲功能自檢和與上位機通過串口通信自檢。另外通過上位機編寫算法程序來對接收的三軸數字加速度數據進行分離、實時顯示、存儲和計算分析MEMS數字加速度計的性能指標:包括零漂和比例因子,并對其進行實時顯示和存儲。為確保所檢測到的數字加速度計性能指標的準確性,需要完成系統(tǒng)軟、硬件的調試,該過程通過算法模擬三軸數字加速度計信號來驗證完成。在進行系統(tǒng)聯(lián)調的過程中,使用MPU6050模塊作為測試的數字加速度計模塊,該模塊支持IIC通信,通過IIC通信總線讀取該模塊中寄存器中的三軸數字加速度數據,測試板和上位機對讀取的三軸數字加速度數據進行存儲、顯示和分析處理。并對結果進行對比分析。完成整體軟硬件調試后,建立嵌入式系統(tǒng)進行最后的封裝。論文研究涉及微電子技術、MEMS技術、數字信號處理技術、嵌入式技術、通信技術和計算機測試等技術。
【圖文】：

自從國內數字加速度計發(fā)展以來， MEMS 數字加速度計測試系統(tǒng)得以發(fā)展和迅推廣。根據 MEMS 數字加速度計的不同，衍生出許多不同的測量方法，主要分為軸轉臺標定法和無三軸轉臺標定法，本論文主要基于 MEMS 數字加速度計的無轉標定法研究。對基于 MEMS 數字加速度計誤差模型，衍生出的靜態(tài)六位置測量模、擬合橢球測量模型和靜態(tài)矩陣測量模型分別進行分析研究。確定分別適用于下位和上位機的測量模型，通過算法分析得到 MEMS 數字加速度計的零漂和比例因子參數。.1 數字加速度計原理在慣性導航及慣性制導中，加速度計的種類結構和原理各種各樣，按照加速度計工作原理可以分為壓電式、電容式和壓阻式。在本論文研究的 MEMS 數字加速度測試系統(tǒng)中采用 MPU6050 模塊，MPU6050 模塊獲得三軸數字加速度數據的步驟如 2.1 所示：

2-4 所示：oa g a （求得加速度后，可以根據速度與加速度的值求出物體在慣性場中的速度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 為物體在 t1 時刻的速度，t2v 為物體在 t2 時刻的速度，t1s ，t2s 為物時刻的位移，ta ，tv 為物體在 t 時刻的加速度和速度值，由上式可以知道在慣性導航和慣性制中通過加速度的值可以得到物體的速度和位移，所以數字在現(xiàn)在的軍事和汽車導航等領域應用越來越廣泛。設物體在慣性場中的加速度為a ，，則將加速度在 X,Y,Z 三個方向上進行加速，當物體在慣性場中處于靜態(tài)狀態(tài)時，有如下圖 2.2 所示加速度的分解：
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH824.4

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;矽立科技交付第5億顆加速度計[J];單片機與嵌入式系統(tǒng)應用;2019年01期

2 段然;;懸絲式慣性加速度計穩(wěn)定性分析[J];電子質量;2017年12期

3 ;ADXL356/ADXL357三軸MEMS加速度計 美國ADI公司[J];傳感器世界;2017年12期

4 范衛(wèi)民;劉雙杰;王麗爽;劉洪濤;趙忠海;史英智;;MEMS加速度計在防空導彈引信中的應用[J];兵器裝備工程學報;2018年03期

5 江海清;郭冬梅;夏巍;倪小琦;郝輝;王鳴;;半導體激光自混合干涉加速度計測試技術研究[J];激光雜志;2018年04期

6 杜少林;陳鵬光;陳書釗;曾春華;陳劍鳴;;高成本和低成本MEMS加速度計性能比較研究[J];傳感器與微系統(tǒng);2018年04期

7 雷榮福;;小型化加速度計的研制[J];儀器儀表用戶;2018年08期

8 劉宇;余躍;路永樂;邸克;郭俊啟;;MEMS加速度計混合誤差標定補償方案[J];壓電與聲光;2018年04期

9 楊蕾;胡銀泉;;智能手機中加速度計的原理及教學應用[J];物理通報;2017年01期

10 劉宇;李博;邸克;楊磊;范嗣強;;基于MEMS加速度計的優(yōu)化九位置校準算法[J];壓電與聲光;2018年05期

相關會議論文 前10條

1 魏淵;李鵬飛;;數字化加速度計伺服控制系統(tǒng)研究[A];探索 創(chuàng)新 交流（第7集）——第七屆中國航空學會青年科技論壇文集（下冊）[C];2016年

2 張亮;陸秋海;;靜電懸浮式電容差分加速度計測量原理與動特性設計[A];第九屆全國振動理論及應用學術會議論文集[C];2007年

3 張亮;陸秋海;;靜電懸浮式電容差分加速度計測量原理與動特性設計[A];第九屆全國振動理論及應用學術會議論文摘要集[C];2007年

4 陳志勇;周斌;張嶸;;一種微機械硅諧振梁加速度計[A];2009中國儀器儀表與測控技術大會論文集[C];2009年

5 曹宇;董景新;胡m

本文編號：2610568