АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК 6
1.1 Анализ технического задания 6
1.2 Обзор аналогов 6
1.3 Принцип действия и виды МЭМС-акселерометров 12
1.3.1. Емкостные акселерометры 13
1.3.2. Пьезорезистивные акселерометры 14
1.3.3. Пьезоэлектрические акселерометры 15
2 МЕТОДИКИ КАЛИБРОВКИ МЭМС-АКСЕЛЕРОМЕТРА 17
2.1 Метод шести-точечной калибровки МЭМС-акселерометра 17
2.2 Метод калибровки по восьми точкам 19
2.3 Подготовка и план эксперимента 22
3 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 26
3.1 Модернизация поворотного стола 26
3.2 Корпус и крепление электронного блока 30
3.3 3О-модель лабораторной установки 32
3.3.1. Анализ эргономических показателей конструкции 33
3.3.2. Анализ эстетических показателей конструкции 34
4 КАЛИБРОВКА АКСЕЛЕРОМЕТРА 35
4.1 Расчет по методике восьми точек 38
4.2 Расчет по методике шести точек 43
4.3 Сравнение результатов расчета двух методик 47
4.4 Перепрошивка МЭМС-акселерометра 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 58
В настоящее время микроэлектромеханические системы (МЭМС) находят широкое применение, в их числе и МЭМС-акселерометры, которые имеют низкую стоимость, сравнительно малый вес и габаритные размеры, приемлемую точность. Они используются для навигации летательных аппаратов, играют немаловажную роль для контроля перемещения автомобилей, используются в системах ориентации.
В современных смартфонах акселерометры также встроены для многих функций, например, таких как, автоповорот экрана, счет шагов и ориентация.
Бюджетные версии датчиков не всегда соответствуют своим паспортным параметрам, заявленные характеристики могут отличаться от реальных и иметь погрешности. Для уменьшения погрешности измерений любой датчик можно откалибровать. Для калибровки МЭМС-акселерометра используются различные методики, отличающиеся математической моделью. В большинстве методик принцип калибровки акселерометра заключается в повороте прибора относительно его осей чувствительности на 90 градусов в поле силы тяжести.
Актуальность данной работы заключается в том, чтобы сделать доступным и наглядным для изучения студентов принцип калибровки микромеханического акселерометра.
В ходе информационного поиска не было обнаружено подобных лабораторных установок.
Целью ВКР является разработка лабораторной установки для демонстрации и проведения процесса калибровки трёхосного МЭМС- акселерометра с использованием двух методик.
Задачи:
• проведение информационного поиска по теме работы;
• обзор и анализ методик калибровки;
• разработка SD-модели прототипа лабораторной установки;
• проведение эксперимента по измерению углов наклона акселерометра по двум осям, а также проведение калибровки акселерометра по двум методикам.
В ходе информационного поиска был изучен аналог поворотной установки, были выявлены его недостатки, которые будут учтены при дальнейшей разработке лабораторной установки.
Был проведен анализ видов МЭМС-акселерометров и методик его калибровки, для эксперимента выбран МЭМС-акселерометр модели ADXL345.
Представлены две выбранные методики проведения калибровки для МЭМС-акселерометра, каждая методика предлагает математическую модель калибровки МЭМС-акселерометра. Так же, на основе анализа методик был составлен план проведения эксперимента.
Модернизирован поворотный стол, разработана 3D-модель лабораторной установки, разработан корпус для электронного блока и крепление к поворотному столу.
Для проведения эксперимента по измерению проекции вектора гравитационного ускорения собрана экспериментальная установка. Были проведены измерения проекции Д на две оси чувствительности акселерометра. Рассчитаны калибровочные коэффициенты чувствительности и смещение нуля по двум методикам калибровки. Проведена калибровка акселерометра. Рассчитаны абсолютные погрешности результатов измерений до и после калибровки, проведен сравнительный анализ двух методик. Методика 6-точечной калибровки по результатам расчетов признана наилучшей.
