Egenskaber - accelerometers hemmelige liv

Når forskellige laboratorier tester det samme accelerometer, f.eks. den i din smartphone, de kommer ofte med meget forskellige værdier. Der er flere mulige årsager:Måske er akserne i gimbalsystemet, der blev brugt i test, ikke perfekt tilpasset, eller de indre akser på selve den testede enhed (DUT) er vildledt, eller måske er DUT monteret forkert på testbordet. For at fjerne disse problemer, NIST -forskere foretager målinger for at bestemme DUT's 'iboende' egenskaber - dem, der er unikke for selve enheden. Denne videodemonstration indeholder optagelser af højpræcisionsgimbalbordet, der bruges til at rotere DUT (i dette tilfælde, en smartphone) på alle tre akser samtidigt.

Accelerometre - enheder, der måler hastighedsændringer - er indbygget i biler, flyvemaskiner, mobiltelefoner, pacemakere, og snesevis af andre produkter. De advarer om potentielt ødelæggende vibrationer i industrielt udstyr, bygninger, og broer; registrere seismiske stød; og lede missiler til deres mål.

I stigende grad, de er miniaturiseret ved hjælp af mikroelektromekaniske systemer (MEMS) teknologier med komponentdimensioner i størrelsesordenen mikrometer, og registrerer samtidig acceleration i alle tre akser i det tredimensionelle rum. Fordi fejl er additive ved beregning af hastighed fra acceleration, selv mindre fejl i output kan have meget alvorlige konsekvenser.

Men når tre-akse følsomheder og tværakse følsomheder af en digital tre-akset enhed testes på forskellige kalibreringslaboratorier, målingerne kan variere betydeligt afhængigt af faktorer, der kan være svære at bestemme, men ofte opstå som følge af fejl med justering af testudstyret, den interne justering af accelerometre i enheden eller begge.

Nu har NIST -forskere udtænkt en metode designet til at reducere eller eliminere disse forskelle ved at karakterisere iboende egenskaber ved et accelerometer - dem, der er unikke for det, uanset den måde det er monteret eller testet på - og dermed muliggøre nøjagtige interlaboratoriske sammenligninger.

"Bestemmelse af iboende egenskaber er en del af NISTs større indsats for at hjælpe industrien med at udvikle standardprotokoller for de nye MEMS-baserede enhedsteknologier, som ikke findes på nuværende tidspunkt, "siger Michael Gaitan fra NIST's Physical Measurement Laboratory, som arbejder i partnerskab med MEMS and Sensors Industry Group (MSIG) og Institute of Electrical and Electronics Engineers. "Test blev rapporteret af MSIG til at være så meget som halvdelen af ​​produktionsomkostningerne for denne slags enheder. Producenter kan ikke reducere omkostningerne ved fysisk fremstilling særlig meget. Men de kan finde besparelser i den måde, de pakker, prøve, og kalibrer enhederne. "

Når MEMS-baseret, tre-aksede accelerometre testes, de er typisk monteret på et gimbalsystem og roteret omkring tre akser - x, y, og z - med målinger taget i forskellige retninger. Målingerne formateres i et tre-til-tre gitter, kaldet en "krydsfølsomhedsmatrix, "bruges af producenterne til at evaluere enhedens ydeevne. Det angiver forholdet mellem accelerationsresponsen langs gimbalakserne til responsen langs akserne på den testede enhed (DUT).

Den proces, imidlertid, antager, at DUT's tre akser er perfekt ortogonale - i vinkel på hinanden - og at enheden er blevet monteret i perfekt justering med gimbalakserne, som selv er perfekt tilpasset. Og i tilfælde af at teste accelerometerpakker, efter at de er blevet integreret i produkter, såsom smartphones, det forudsætter, at pakken blev installeret i nøjagtig justering med akserne på telefonhuset. Men ingen af ​​disse betingelser er garanteret, og små afvigelser i en af ​​variablerne kan forklare, hvorfor målinger af den samme testenhed foretaget på forskellige laboratorier producerer forskellige værdier.

"Så i stedet for at bruge krydsfølsomhedsmatricen alene, "Gaitan siger, "vi definerer enheden som at have iboende egenskaber, hvor enhedens akser ikke antages at være helt ortogonale. Der kan være en vis variation i deres justering."

I NIST's måleprotokol, DUT er monteret på positions- og hastighedstabellen, som meget præcist roterer enheden i specifikke graderinger gennem 360 grader på hver af gimbalens tre akser, mens enhedens respons måles ved hvert interval. Protokollen afslører DUT's interne aksejustering, omfanget af respons for hver akse i forskellige retninger, og dens "signalforskydning" - den konstante mængde, hvormed målte aflæsninger adskiller sig fra den "sande" værdi.

Med disse oplysninger, et centralt standardlaboratorium som NIST kunne fuldt ud karakterisere de iboende egenskaber ved et eller flere DUT'er og distribuere enhederne til andre laboratorier, som ville bruge dem til at sammenligne resultater og bestemme, for eksempel, om aflæsninger var skævt på grund af instrumentrelaterede målefejl.

Tidligere i år, NIST erhvervede en ny positions- og taksttabel, der var stor nok til at tillade målinger på hele produkter, der har accelerometre installeret. "Vores første gimbalsystem var et mindre instrument, der var nyttigt til at foretage statiske målinger, "Siger Gaitan.

"Men nu kan vi foretage dynamiske målinger på objekter så store som en mobiltelefon. Vi kan indstille den til steady-state rotation som en pladespiller, og vi kan accelerere rotationshastigheden. Det vil gøre os i stand til at foretage målinger over 1g tyngdekraftacceleration og måle acceleration ved rotation. "