Doświadczalne wyznaczanie wybranych parametrów akcelerometrów MEMS - wyniki prac badawczych

• Autorzy: Łuczak S.

Warianty tytułu

EN

Experimental determination of selected parameters of MEMS accelerometers - results of experimental studies

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono problem doświadczalnego wyznaczania najważniejszych parametrów metrologicznych akcelerometrów MEMS. Szczegółowo omówiono zagadnienie justowania akcelerometrów względem stanowiska badawczego. Wskazano na niewyjustowanie akcelerometru jako najistotniejsze źródło błędów wskazań tych przyrządów. Podano wartości niektórych parametrów metrologicznych dla przykładowych akcelerometrów. Odniesiono się do podobnych prac prowadzonych przez różne ośrodki badawcze na świecie.

EN

paper addresses the issue of determining metrological parameters of MEMS accelerometers in an experimental way. Methodology of performing such studies as well as the related test rig are presented by the author in [1]. Short discussion on similar works carried out by others, reported e.g. in [2-4], [8-10], [14-15], is included. Much attention is paid to the problem of aligning the accelerometer in the test rig. The obtained results proved that misalignment is a factor affecting the sensor accuracy most significantly. That can be clearly observed by comparing the courses in Figs. 2 and 3, where the misalignment almost directly increased the error of sensor indications. Such errors as cross-axis (or transverse) sensitivity, perpendicularity of the sensitive axes and hysteresis are briefly addressed in Sections 4-6. Yet even though magnitudes of these errors are not significant in the case of dual-axis accelerometers that have been tested, it may turn out that it is not so in the case of triaxial accelerometers . It is shown that owing to compensation of systematic errors (such as the cross-axis sensitivity or misalignment) or even elimination of various kinds of errors (e.g. misalignment, errors resulting from the accepted way of calibration) an improvement in sensor performance may be achieved. At the end, some parameters as estimators of the accuracy of MEMS accelerometers are proposed.

Słowa kluczowe

PL

akcelerometr MEMS; czułość poprzeczna; histereza; błędy wyjustowania; nieprostopadłość osi czułości

EN

MEMS accelerometer; misalignment; cross-axis sensitivity; perpendicularity of the sensitive axes; hysteresis

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 57, nr 11
• Strony: 1325--1228
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Łuczak S.

• Politechnika Warszawska, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, ul. Boboli 8, 02-525 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Łuczak S.: Doświadczalne wyznaczanie wybranych parametrów akcelerometrów MEMS - metodyka badań doświadczalnych. Pomiary Automatyka Kontrola, bieżący numer.
• [2] Chen H., Bao M., Zhu H., Shen S.: A piezoresistive accelerometer with a novel vertical beam structure. Sensors & Actuators, vol. A 63, 1997, s. 19-25.
• [3] Knapp G., You H., Holzhausen G.: On the use of electronic tilt sensors as angle encoders for synchrotron applications. Review of Scientific Instruments, Vol. 66, No. 2, Pt. 2, 1995, s. 1712-1714.
• [4] Low g Accelerometer Non-Linearity Measurement, #AN-00MX-014. Application Note n/r 5/12/03, MEMSIC Inc., North Andover, MA, USA, 2005.
• [5] Low Cost ±2g Dual Axis Accelerometer with Duty Cycle Output, ADXL 202E, Analog Devices Inc., Norwood, MA, USA, 2000.
• [6] Precision ±1.7g Single/Dual Axis Accelerometer ADXL 103/ADXL 203, Analog Devices Inc., Norwood, MA, USA, 2005.
• [7] Small, Low Power, 3-Axis ±2 g Accelerometer ADXL 327, Analog Devices Inc., Norwood, MA, USA, 2009.
• [8] Ang W., Khosla P., Riviere C.: Nonlinear regression model of a low-g MEMS accelerometer. IEEE Sensors Journal, vol. 7, pp. 81-88, 2007.
• [9] Parsa K., Lasky T. A., Ravani B.: Design and Implementation of a Mechatronic, All-Accelerometer Inertial Measurement Unit, IEEE/ASME Trans. Mechatr., vol. 12, no. 6, 2007, s. 640-650.
• [10] Qian J., Fang B., Yang W., Luan X., Nan H.: Accurate Tilt Sensing with Linear Model. IEEE Sensors Journal, IEEE Sensors J., vol. 11, no. 10, 2011, s. 2301-2309.
• [11] Łuczak S.: Pomiary odchylenia od pionu przy użyciu akcelerometrów MEMS. Pomiary, Automatyka, Robotyka, nr 7-8/2008, Warszawa 2008, s. 14-16.
• [12] Łuczak S., Oleksiuk W., Bodnicki M.: Sensing Tilt with MEMS Accelerometers, IEEE Sensors J., vol. 6, no. 6, 2006, s. 1669-1675.
• [13] Kaajakari V.: Practical MEMS, Small Gear Publishing, Las Vegas, NV, USA 2009.
• [14] Kibrick R., Robinson L., Cowley D.: An evaluation of precision tilt-sensors for measuring telescope position. Proc. Telescope Contr. Syst., SPIE Symposium on OE/Aerosp. Sensing and Dual Use Photon., Orlando, FL, USA, 1995, s. 364-376.
• [15] Acar C., Shkel A.: Experimental evaluation and comparative analysis of commercial variable-capacitance MEMS accelerometers, J. Micromech. and Microeng., vol. 13, no. 5, 2003, s. 634-645.
• [16] Wyrażanie niepewności pomiaru. Przewodnik. Główny Urząd Miar, Warszawa, 1999, s. 112-113.
• [17] Łuczak S.: On Improving Performance of MEMS Accelerometers in Tilt Sensing, Machine Dynamics Problems, vol. 30, no. 4, 2006, s. 37-47.