靈敏度失配誤差的影響 - MEMS傳感器應用實例:使用雙軸加速度計進行傾斜測量

在雙軸傾斜檢測應用中，主要誤差成分是目標軸之間的靈敏度差異（在單軸解決方案中，如果實際靈敏度和預期靈敏度之間存在任何偏差，則會導致出現(xiàn)誤差）。由于使用的是X和Y軸的比值，因此如果兩者靈敏度相同，則可以消除大多數(shù)誤差。

下面舉例說明加速度計靈敏度失配情況。假設(shè)某個雙軸解決方案具有完美的失調(diào)調(diào)整功能，且Y軸具有完美的靈敏度，但X軸的靈敏度為+5%。在1 g場中，Y軸讀數(shù)為1 g，X軸讀數(shù)則為1.05 g。圖8所示為因為這種靈敏度失配而造成角度計算出現(xiàn)的誤差情況。與失調(diào)誤差類似，加速度計靈敏度失配引起的誤差會在整個旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)不斷變化，使在計算出傾斜角后進行誤差補償變得困難。

Figure 8. Calculated Angle Error Due to Accelerometer Sensitivity Mismatch

無調(diào)頭校準技術(shù)

當失調(diào)引起的誤差和靈敏度失配引起的誤差兩者相疊加時，總誤差可能會變得相當大，完全超出傾斜檢測應用所能接受的范圍。要減少這類誤差，就應當對失調(diào)和靈敏度進行校準，并使用校準后的輸出加速度來計算傾斜角。包括失調(diào)和靈敏度的影響后，加速度計輸出變化如下：

AOUT［g］ = AOFF + （ 增益 × AACTUAL）

其中：

AOFF是失調(diào)誤差，單位為g.

Gain是加速度計的增益，理想值為1。

AACTUAL是作用于加速度計的實際加速度，理想值為g.

一種簡單的校準方法是假設(shè)增益為1并測量失調(diào)。經(jīng)過此校準之后，系統(tǒng)的精度即會限制為未校準的靈敏度誤差。這種簡單的校準方法可通過將目標軸置于1 g場中并測量輸出（大小等于失調(diào)）來完成。然后，應在處理信號之前從加速度計的輸出中減去該值。這種方法通常稱為無調(diào)頭或單點校準，因為器件的典型取向會將X和Y軸置于0 g場中。如果使用的是3軸器件，則應針對Z軸包含至少一個調(diào)頭或第二個點。

多調(diào)頭校準技術(shù)

一種更加精確的校準方法是每個目標軸上取用兩個點。當某個軸處于+1 g和?1 g場中時，測得的輸出如下：

A+1g［g］ = AOFF + （1 g × 增益）

A?1g ［g］ = AOFF + （?1 g × 增益）

其中，失調(diào)A，OFF以‘g’表示。

利用這兩個點確定的失調(diào)和增益如下：

AOFF ［g］ = 0.5 × （A+1g［g］ + A-1g［g］）

增益 = ［0.5 × （A+1g［g］ + A-1g［g］）］/ 1 g

其中，+1g 和?1g 測量結(jié)果A+1g［g］和A-1g［g］均以g表示。

由于測量目標軸時，正交軸都處于0 g場，因此這種校準方法還有助于將跨軸靈敏度影響降至最低。利用這些值，首先可以從加速度計測量結(jié)果中減去失調(diào)，然后將所得結(jié)果除以增益。

AACTUAL［g］ = （AOUT – AOFF） / 增益

以上公式在計算AOFF和增益時均假設(shè)加速度值A(chǔ)+1g和A-1g均以g表示。

如果加速度單位采用mg，AOFF的計算結(jié)果會保持不變，但增益的計算結(jié)果需要除以1000，以處理單位上的變化。