高精度加速度计信号采集及温度补偿技术研究

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加速度计作为惯性导航系统中的一个能直接测量船舰加速度的惯性测量元件,它的信号采集精度将直接影响着惯性导航系统精度。在理想条件下,加速度计的输出与输入成线性关系,但在实际使用中,不可避免地会受到各种因素的干扰,从而引起测量误差,进而影响加速度计的输出。本文主要针对两个方面展开研究:其一,实现对加速度和温度信号高精度采集的硬件设计;其二,对加速度计的温度补偿进行研究。首先,论文通过分析石英挠性加速度计的工作原理,建立了加速度计的数学模型和传递函数模型,进而得到温度对加速度计零偏和标度因数的影响。其次,通过分析模数转换电路的工作原理,选择了拥有高精度的AD1281芯片实现加速度计信号采集电路硬件设计,并利用电阻和电容的适当组合,对采集信号进行适当的滤波,使得采集信号更加完整和精确。最终,实现加速度计信号的高精度采集。同时,为了减小温度对加速度计信号采集的干扰,选取了16位精度的AD7682芯片来实现温度信号采集,并且借助Verilog语言实现了温度采集电路的FPGA数据读取设计。再次,通过对加速度计误差数学模型的分析,引出了加速度计24点标定法,并对该方法的原理进行推导,得到加速度计各误差参数的解算方程。并且通过对加速度计信号采集的性能测试,验证其信号采集的性能。最后,根据加速度计变温实验和最小二乘法,找出测温电路输出随温度变化的规律。进而可以建立加速度计零偏和标度因数随温度变化的误差模型。通过仿真分析,解算得到误差模型。将该模型代入加速度变温实验数据解算中,验证其补偿效果。实验表明,通过设计高精度加速度计信号采集电路板和温度补偿模型,能够有效地提高加速度计信号采集精度和在温度变化环境中的稳定性。
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