3.2.2. Шум акселерометров

Шум, содержащийся в выходном сигнале акселерометра, определяет разрешающую способность устройства, важную при определении малых ускорений. Предельное разрешение в основном определяется уровнем шума измерения, который включает внешний фоновый шум и шум собственно датчика. Уровень шума непосредственно связан с шириной полосы пропускания датчика. Уменьшение полосы пропускания путем включения ФНЧ на выходе датчика приводит к снижению уровня шума. Это улучшает отношение сигнал/шум и увеличивает разрешающую способность, однако вносит амплитудные и фазовые частотные искажения. Некоторые модели акселерометров содержат на кристалле ФНЧ (семейство XMMA — 4-го порядка, ADXL190 — 2-го). Двухосные датчики ADXL202/210 имеют выводы для подключения двух внешних конденсаторов, образующих с двумя внутренними резисторами по 32 кОм два ФНЧ первого порядка.

Пример. Микросхема ADXL150 имеет типичное значение спектральной плотности шума 1мg/ Гц в полосе 10–1000 Гц. При включении ФНЧ с частотой среза 100 Гц действующее значение шума на выходе фильтра составит 10 мg, а амплитудное, с вероятностью 0,997, — в пределах 30 мg. Поскольку полная шкала этого датчика составляет 50 g, динамический диапазон равен 20lg(50/0,03) = 64,4 дБ. Это неплохо, но по этому показателю интегральные акселерометры сильно уступают пьезоэлектрическим. Например, пьезоэлектрический акселерометр типа 4371 компании Bruel & Kjaer имеет динамический диапазон 140 дБ [5].

Основной динамической характеристикой акселерометров является полоса пропускания по уровню –3 дБ. В табл. 2 приведены основные характеристики некоторых типов интегральных датчиков ускорения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Можно считать, что к настоящему времени принципиальные вопросы построения гироскопических приборов и систем ориентации и навигации практически решены. Сейчас основное внимание разработчиков направлено на решение вопросов оптимизации структуры системы, оптимальной обработки первичной информации, комплексирования различных источников информации, на внедрение цифровых измерителей и преобразователей информации, а также на снижение массо-габаритных характеристик и энергопотребления систем в целом и их составных частей. Значительная роль в решении этих проблем принадлежит использованию вычислительной техники как в процессе разработки, так и при испытаниях гироскопической техники.

На этапе разработки изделий применение современного прикладного программного обеспечения позволяет оптимизировать его структуру и конструкцию, не допуская излишнего запаса в точностных характеристиках элементов, в прочности конструкции, одновременно удовлетворяя требованиям по тепловым режимам, виброустойчивости и надежности. При проведении испытаний широко применяется разработка математических моделей погрешностей элементов, блоков и изделий в целом, которые затем используются в алгоритмах обработки информации, что позволяет в конечном итоге повысить точность получения параметров ориентации и навигации подвижных объектов.

Литература

1. Гудинаф Ф. Интегральный акселерометр на 50 G с самоконтролем, реализованным на нагреваемом возбудителе // Электроника. 1993.

2. Гудинаф Ф. Емкостный датчик ускорения, выполненный на основе сочетания объемной и поверхностной микроструктур // Электроника. 1993.

3. Гудинаф Ф. Интегральный датчик ускорения для автомобильных надувных подушек безопасности // Электроника. 1991. №

4. Doscher J. Accelerometer Design and Applications. Analog Devices. 1998.

5. Серридж М., Лихт Т. Р. Справочник по пьезоэлектрическим акселерометрам и предусилителям

20