Data correction of the force balanced accelerometer

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＤｉｇｉｔａｌｓｔｒｏｎｇｇｒｏｕｎｄａｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｓｕｃｈａｓＰＤＲ１，ＳＳＡ１ａｎｄＳＳＲ１ｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＫｉｎｅｍｅｔｒｉｃｓＩｎｃ．，ＵＳＡａｎｄＳＣＱ?..

正交双加速度计在分度头上的标定方法

为了提升正交双加速度计在低精度分度头上的标定精度,设计了二序列组合测试方法,将二序列中同一加速度计的输出进行融合,并采用最小二乘法分离了分度头角位置误差和加速度计的误差,最终消除了分度头角位置误差对加速度计标定精度的影响。在±10″的低精度分度头上设计并开展了实验,经过数据融合处理后,2只加速度计误差模型系数的标定不确定度数量级均达到10-6~10-7,验证了相较于没有分离出角位置误差的传统方法,标定精度提高了1个数量级。该方法可以推广应用于多加速度计的标定中,能提高加速度计在分度头上的标定精度和标定效率。

基于4H-SiC的低横向灵敏度压阻式加速度计设计仿真研究

文中基于4H-SiC设计了一种开槽式低横向灵敏度压阻式加速度计,通过分析支撑梁位置及开槽尺寸对加速度计性能的影响确定了相关结构参数,并对该结构采用有限元方法进行了热-力耦合仿真,确定了该结构在600℃温度场中施加不同载荷时的理论电压输出。研究结果表明:该结构相较于已有的双端四梁结构X轴方向的横向灵敏度由3.3%降至2.6%,Y轴方向横向灵敏度由29.9%降至1.5%,传感器芯片在600℃高温环境下输入载荷与输出电压呈线性关系,100 g载荷下的理论输出电压为3.65 mV。

ActiGraph(GT3X/±系列)加速度计睡眠筛查方法研究进展

基于加速度计的24 h活动行为研究中,计算不同活动行为时间之前,必须先将加速度计数据分为清醒时期(研究身体活动和久坐行为)和睡眠时期(研究睡眠时间和睡眠质量)。但目前关于加速度计数据对清醒-睡眠期的分离尚无公认的标准方法,也缺乏对这些方法的系统梳理。研究从425篇相关文献中归纳出9种在自由生活条件下可用的清醒-睡眠期分离方法,通过解释这些方法的原理、优势与不足,为使用GT3X/±加速度计的研究人员提供选择睡眠筛查方法的建议:1)选择自动睡眠筛查算法时,腕部设备推荐使用GGIR内置的睡眠日记/HDCZA算法+van Hees 2015算法,腰部设备则可以选择Tracy ProChildren、Tudor-Locke、McVeigh或Bellettiere-McVeigh算法;2)选择Actilife进行睡眠筛查时,研究对象年龄<30岁时推荐使用Sadeh算法,≥30岁时推荐使用Cole-Kripke算法,且均需要睡眠日记的辅助。研究为24 h活动行为研究提供了数据处理方面的建议,也为未来开发新的清醒-睡眠期分离方法提供了方向,但仍需更多的研究来比较与验证这些睡眠筛查方法,以促进研究方法的标准化。

惯性基准法在地铁轨道检测中的应用

地铁的使用寿命与地铁轨道的损耗状况有关,及时地发现轨道问题,并加以修复可以有效提高地铁使用寿命;为了提升城市地铁的使用寿命,研究构建了一个基于惯性基准法的地铁轨道波磨损耗检测系统;该系统以惯性基准法为核心,配合加速度计,及检测车辆,对地铁轨道的波磨损耗情况进行检测;结果显示,惯性基准法的检测标准差,总是低于弦测法的检测标准差,检测长度为400 m时,弦测法的检测标准差为0.79 mm,而惯性标准法的检测标准差为0.72 mm;基于惯性基准法的检测系统的检测结果与实际情况基本一致;研究构建的地铁轨道波磨损耗检测系统的检测成本更低,且检测精度符合实际应用需求。

基于六位置法和KF的MEMS加速度计补偿方法

MEMS传感器以其体积小、廉价等优点备受关注,然而,其误差相对较高。由于相同规格的MEMS惯性传感器存在误差特性的差异,建立准确的传感器误差模型成为一项颇具挑战性的任务。低准确度的MEMS惯性传感器误差,主要涉及零偏、标准化规范影响因数和相对较大的安装偏差。为克服这种误差源,文章提出一种采用Kalman滤波和六位法的MEMS加速度计补偿方法。实验结果表明,MEMS加速度计在补偿后输出的误差明显减小。横滚角在-90°~+90°范围内变化的绝对误差在应用该方法后,由补偿前的2.44°减小至0.64°。

加速度传感器测量不同速度运动时能量消耗的研究

目的验证RT3三轴加速度传感器和Actigraph单轴加速度传感器测量不同速度步行或跑步时能量消耗的精确度。方法受试对象为南京体育学院大学生20名,男女各10名。受试者同时佩戴RT3加速度传感器和Acti-graph加速度传感器在跑台上分别以3.2 km/h、4.8 km/h、6.4 km/h、8.1 km/h、9.7 km/h的速度完成800 m步行或跑步。以间接测热法测量不同速度步行或跑步时的实际能量消耗。结果 5种速度步行或跑步时,当速度为3.2km/h、4.8 km/h、6.4 km/h时,RT3三轴加速度传感器能够相对准确测量能量消耗,而当速度为8.1 km/h、9.7 km/h时,该传感器测量能耗值与实际能耗值比较,差异具有显著性,因而不能准确测量这两种速度时的能量消耗;当速度为3.2 km/h、4.8 km/h、6.4 km/h时,Actigraph加速度传感器测量能耗值与实际能耗值比较,差异具有显著性,因而不能准确测量这三种速度时的能量消耗。结论无论在何种运动速度下,RT3测量能耗值均高于实际能耗值,其较适合于测量步行等中低速度体力活动的能量消耗;Actigraph测量能耗值均低于实际能耗值,其较适合于测量跑步等较快速度体力活动的能量消耗。

一种新的加速度计温度误差补偿方法

惯性导航系统实际工作时,环境温度变化会导致IMU的惯性器件加速度计的工作温度变化,其零偏和标度因子因此也会发生变化,最终影响惯性导航系统的初始对准和导航精度。通过两级温度控制,在水平和垂直位置对加速度计进行定点升温试验,利用最小二乘法建立起了加速度计的温度补偿模型。在自然升温和降温过程中,进行加速度计的温度补偿,验证了模型的准确性和重复性。

一种有效的加速度计静态模型辨识方法

研究了惯性元器件加速度计静态模型参数的标定问题。首先给出了加速度计静态数学模型 ,并在此基础上研究了一种有效的加速度计标度因数、安装误差的标定方法 ,给出了具体的实验方法和数据处理方法。理论分析和实际试验表明所述方法能够有效地标定加速度计静态模型各项参数。

加速度计的全组合标定方法

阐述了在重力场上用全组合法标定单加速度计的方法,并且推导了加速度计全组合标定法测试原理。这种方法剔出了测试设备的确定性角位置误差对加速度计误差模型系数标定精度的影响,提高了加速度计的标定精度。结合上述的理论分析,对某型号加速度计进行了实际测试和误差分析,实验结果证明本方法对于提高加速度计标定精度是非常有效的。

基于改进六位置法的一种MEMS加速度计标定补偿方案

微机电系统(micro electronic mechanical system,MEMS)加速度计在测量过程中受安装误差、刻度因子及零偏影响,为提高MEMS加速度计的测量精度,在六位置法标定的基础上,提出一种改进的MEMS加速度计标定补偿方案。利用小波滤波对MEMS加速度计的原始测量值进行滤波,运用六位置法对6个位置的原始数据进行标定得到补偿模型。通过实验验证,MEMS加速度计测量精度由标定前的1.2 m/s2提高到0.01 m/s2,由MEMS加速度计解算的横滚角和俯仰角精度由标定前的1°提高到0.166 4°。

星载加速度计的动力法校准

通过模拟轨道,利用动力法对星载加速度计校准进行了研究。用不同参考重力场模型获得的校准参数分别重新积分卫星轨道,与模拟轨道的差异最大可达m级。结果表明,参考重力场模型误差对加速度计校准的影响不可忽略,在校准加速度计的同时应解算重力场模型,以削弱模型误差的影响。

基于加速度传感器的跌倒检测与报警系统设计

设计了一种基于MMA7260加速度传感器的跌倒实时检测与报警系统,用以实现老人跌倒后可以被及时发现并救助;系统采用嵌入式ARM Cortex M3内核的STM32微处理器,搭载了GPRS无线通信和GPS卫星定位模块;对跌倒和日常生活运动特征参数进行了研究分析,提出了基于SVM阈值法的三次判别算法;实验结果表明,系统对大部分运动状态都能正确识别,误报、漏报率较低,可有效的区分跌倒和日常生活行为,针对老人测试准确性达到97.5%以上,具有较高的稳定性、可靠性和识别率。

一种新型MEMS加速度计温度补偿方法研究

为降低环境温度对加速度计测量输出的影响,本文提出了一种新的加速度计温度补偿方法,即三维拟合曲面和计算的补偿方法。本文详细介绍了该温度补偿方法的具体原理和实现方法,并用实验进行了验证,实验结果表明加速度计最大零位漂移由温度补偿前的500 m V缩小为温度补偿后的50 m V,即温漂缩小了一个数量级,补偿效果明显。

基于椭球假设的三轴加速度计误差标定与补偿

为提高三轴加速度计测量精度,根据其误差来源和产生机理,建立了误差模型;通过对误差模型分析,指出三轴加速度计输出轨迹符合椭球假设,提出一种椭球拟合法确定误差模型,实现对加速度计误差补偿。三轴加速度计捷联安装到三自由度转台进行误差标定和补偿,实验结果表明:加速度计最大、最小绝对误差可以减小100倍左右,精度达到10-3m/s2。该方法对采集数据的姿态没有太高要求,补偿效果显著,简单易行。

精密离心机误差对石英加速度计误差标定精度分析

分析了离心机各个误差源,用齐次变换法精确地计算了产生的向心加速度,给出了向心加速度、重力加速度和哥氏加速度在加速度计坐标系下的分量,推导了被试加速度计输入加速度的精确表达式。在给出石英摆式加速度计在精密离心机上标定时的误差模型的基础上,着重讨论了误差模型系数的计算值与离心机误差之间的关系。根据仿真结果找出了某些离心机误差对加速度计误差系数标定的影响关系,为按照加速度计的标定精度来确定离心机的精度打下了理论基础。

差动式光纤Bragg光栅加速度计传感头设计与仿真

针对传统悬臂梁-质量块结构加速度计存在的灵敏度与固有频率不能兼顾的问题,设计一种差动式光纤Bragg光栅加速度计,建立系统模型,对测量精度等进行理论计算与分析.传感头设计采用主梁与微梁结合的结构,是悬臂梁-质量块结构的一种改进形式,并运用有限元方法对其静态特性和动态性能进行仿真分析.结果表明:该设计系统精度可以达到10.5×10-3g,固有频率为270Hz,固有频率是同等精度的传统悬臂梁结构光纤光栅加速度计的2.7倍;此结构的加速度计在不降低灵敏度的同时可以有效提高系统的固有频率.

高精度加速度计重力场标定试验方法

为标定高精度(10-6)的加速度计,提出了一种在双轴转台上进行正交双加速度计标定的试验方案,建立了正交双加速度计的g2观测模型;分析了正交双加速度计的模型系数相关性,在此基础上基于D-最优试验设计方法,针对加速度计多位置试验中模型方程的特殊形式,利用信息矩阵推导出了该试验计划的解析解。仿真试验和实测数据的估计结果均表明:双表试验辨识结果的标准差较小,参数的估计精度较高,优于传统的单表试验方法,双表试验能提高高精度加速度计的标定精度。

高g值加速度传感器激光绝对法冲击校准技术研究

在详细分析反射式激光多普勒原理的基础上,研究了高g值加速度传感器的冲击校准方法。该方法利用Hopkinson杆作为加载手段,利用差动式激光多普勒干涉仪来绝对复现冲击加速度的量值。针对高g值压阻加速度传感器SIMIT-AYZ-60k进行了一系列的校准试验,利用积分运算法和最小二乘法的组合从准动态条件下的校准数据得到了准静态条件下的传感器冲击灵敏度。试验表明,这种方法实现了利用脉宽有限的激励脉冲对固有频率在20 kHz以上的高g值加速度传感器的校准,校准的不确定度可以满足冲击测试的工程需求。

精密离心机的惯性组合加速度计的参数标定方法

为了实现应用精密离心机对捷联惯导系统不拆分整体标定时各加速度计误差模型系数进行精确辨识,分析了可能影响加速度计标定精度的离心机误差源进而建立了相应的坐标系。在考虑各加速度计与反转平台轴线距离的情况下,应用齐次变换法计算了各加速度计各轴实际的比力输入,结合给定的加速度计误差模型,设计了一种可辨识误差模型中全部二阶误差模型系数的测试方法。仿真结果表明,该方法经修正离心机误差后可以有效地提高所有误差模型系数的标定精度,并能给出各加速度计与反转平台轴线的距离。仿真还分析了离心机误差对标定精度的影响,结果表明:离心机误差项主要影响1号加速度计KF、KP、KPP的标定精度,而对于KII、KIO的标定无影响;另外主要影响2号加速度计KF,KI,KII的标定精度,以及3号加速度计KF、KO的标定精度。