電子發燒友網報道(文/李寧遠)加速度計是一類能夠測量加速度、振動、沖擊、傾斜的傳感器。從加速度、振動、沖擊、傾斜這幾個檢測方向上看，加速度計在物聯網消費電子、汽車、工業控制等領域無疑是很多用武之地的。在之前工業系統狀態監測的應用中，我們已經看到了加速度計，尤其是MEMS加速度計突出的能力。這僅是其中一個方向，根據不同應用需求，每個場景對加速度計的要求都不盡相同。

不同應用場景下的加速度需求

對于消費電子場景來說，加速度計主要對運動狀態、靜止狀態的目標完成加速度測量，這種應用對于加速度計帶寬不作要求(一般不作要求，即0Hz)，其g值范圍在1g左右。這類應用更看重加速度器件的功耗是否足夠低，這也是消費電子共通的一點。

汽車應用主要需要應用加速度計檢測碰撞和穩定性，這種檢測需求對帶寬開始提出要求，一般應用在碰撞和穩定性檢測上的帶寬起碼需要在100Hz，碰撞的g值范圍在200g左右，穩定性g值范圍在2g左右。

工業上的細分應用方向有很多，狀態監測是很重要的一個應用方向，常見的傾斜檢測、沖擊檢測也都會有涉及。工業應用上的加速度計對帶寬的要求較為浮動，有些只需要5Hz左右的帶寬，有些應用會需要超過500Hz的帶寬。工業級別的加速度計g值范圍因為不涉及碰撞所以大多在25g這個范圍內。至于等級更高的應用，如飛行導航、導航武器等等會對帶寬要求更高，這里不做討論。

除了這兩個重要的指標，封裝、穩定性、噪聲性能以及功耗亦是此類傳感器在每一類應用中都較敏感的指標。

傾斜檢測的加速度計如何選擇?

利用MEMS加速度計實現0.1°精度的傾斜檢測不是一件容易的事，尤其是電容式加速度計。在有振動的動態工況下實現此精度更難，振動會破壞掉傾斜數據，引起嚴重的測量誤差。應該說<1°的傾斜檢測對于器件來說并不是那么容易實現的。

要實現這一類精確檢測，偏置穩定度、失調溫漂、低噪聲以及振動校正是極為關鍵的。這里面涉及到的誤差有些是可以直接觀測到的，有些則不能。可以直接觀測到的誤差可以通過校準流程來消除，是相對來說比較好解決的。難解決的是無法通過校準解決的誤差，只能通過一定程度的原位維修才能減少此類偏差。

為了解決這些難以觀測的誤差，動態應用下的加速度計開始往高集成度發展并且向可編程發展。往往會集成全面的工廠校準、嵌入式補償和信號處理來解決本該應用原位維修的誤差。集成信號處理和特定器件的校準給精度帶來了很大的提升，全面的工廠校準代替系統級校準為整個傳感器信號鏈提供了額溫內的高靈敏度和偏置特性。

更低噪聲密度的同樣是加速度計器件追求的，目前高性能的數字MEMS加速度計往往有著小于25μg/Hz的噪聲密度，這會大大提升器件檢測微弱振動信號的能力。這種數字輸出特性也與高分辨率的ADC有密不可分的關系，當然也可以通過降低帶寬來降低噪聲。通過各類集成功能與噪聲、偏置漂移的優化，器件在動態條件下的傾斜精度的會大大提升。

振動校正誤差

上面我們說到了振動校正，振動與傳感器以及系統誤差源相結合可能導致振動校正，這是高性能加速度計的一個重要指標。在絕大多數場景中，加速度計都會不可避免地經受不同幅度的振動。振動校正誤差(VRE)是加速度計對交流振動的響應，在上述的傾角檢測中極容易導致誤差一路向下傳遞。

器件對振動校正誤差的抑制能力如果在消費級應用中，通常不需要過多考慮，多數消費級器件不會提供諸如振動校正、角度隨機游走之類的參數規格，而這些規格在工業應用中恰恰可能是最大的誤差源，尤其在慣性導航等高要求應用中，而且這個參數通常廠商不會在數據手冊上直白地寫出來。振動校正誤差與頻率直接相關，較大測量帶寬會將高頻帶振動包含在內，進而引起較大的振動校正誤差。

集成了信號處理電路的加速度計中的模擬和數字濾波器雖然可以抑制輸出端的帶外振動峰值和諧波，但對振動校正誤差并沒什么作用。為了避免振動校正誤差過大，需要為加速度計選擇合適的帶寬以抑制高頻振動。封裝一定程度上也會影響振動校正誤差，封裝上保證適當的剛度也是有好處的。

小結

封裝保證適當的剛度是對整個傳感器系統都是有好處的，另外對于高溫和動態環境來說，引線框架和引腳適應高溫焊接工藝的能力也會使其在高沖擊和振動環境中更牢固可靠。在傾斜檢測上，尤其是動態的傾斜檢測上，MEMS加速度計選擇需要考慮的細節需要面面俱到，任何細節參數的忽略都可能在測量上造成系統級誤差。

原文標題：傾斜測量的加速度計與振動矯正誤差

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審核編輯：湯梓紅