Введение
Внимание: это старая статья 2010 года. Новый обзор, сделанный в 2023 году доступен по ссылке.
У акселерометров существует много разных применений. Они применяются в системах защиты жёстких дисков, для измерения вибрации, для определения негарантийных случаев при падении аппаратуры, в качестве элементов управления для игровых приставок, в качестве шагомеров. Так же акселерометры применяются и в навигации.
Современные акселерометры в интегральном исполнении имеют малые размеры и низкое потребление. Довольно заманчиво выглядит идея применять их для навигации мобильных роботов. Но возникают определённые сомнения: обеспечат ли акселерометры достаточную точность? Чтобы ответить на этот вопрос надо иметь исходные данные как по самому роботу, так и по выбранному акселерометру. Данная статья была написана с целью обзора метрологических характеристик акселерометров в интегральном исполнении, для дальнейшего анализа их применения в системах навигации мобильных роботов
Аналоговые или цифровые акселерометры: что выбрать?
Сейчас на рынке присутствует довольно большой ассортимент акселерометров как с цифровым, так и с аналоговым выходом. Акселерометры с аналоговым выходом дешевле, но требуют внешние фильтры и АЦП. С АЦП проблем обычно не возникает, ведь оно присутствует уже почти в каждом микроконтроллере, но такие АЦП обычно имеют не самые лучшие характеристики, к тому же некоторые метрологические характеристики встроенных АЦП вообще не указываются производителями микроконтроллеров. Аналоговые микроконтроллеры обычно подключаются к АЦП через ФНЧ (фильтр низкой частоты). Требуется расчёт параметров фильтра, расчёт погрешности вносимой элементами фильтра.
Лично моё мнение: следуют выбирать цифровые акселерометры. Они не требуют внешних компонентов, и не требуют никаких расчётов: все их метрологические характеристики указаны. Стоить они будут дороже аналоговых, но время, затрачиваемое на разработку системы снижается.
Хотя всё определяется конкретной ситуацией.
Общие характеристики цифровых акселерометров
| Модель | Количество осей |
Напряжение питания |
Интерфейс | Пределы измерений | Частота выборки, Гц | Цена, руб. (2010г) |
| MMA7450 | 3 | 2.4 – 3.6 В | I2C, SPI | ±2g, ±4g и ±8g | 125, 250 | 500 |
| MMA7660 | 3 | 2.4 – 3.6 В | I2C | ±1.5g | 1-120 | 60-200 |
| MMA7455 | 3 | 2.4 – 3.6 В | I2C, SPI | ±2g, ±4g и ±8g | 125,250 | 70-160 |
| ADXL345 | 3 | 2.0 – 3.6 В | I2C, SPI | ±2g, ±4g, ±8g,±16g | 0.1 - 3200 | 170-420 |
| SMB380 | 3 | 2.4 – 3.6 В | I2C, SPI | ±2g, ±4g и ±8g | 25-1500 | 310-720 |
| LIS202DL | 2 | 2.2 – 3.6 В | I2C, SPI | ±2g, ±8g | 100, 400 | 130-300 |
| LSM303DLM | 3 + 3 magnetic | 2.16 – 3.6 В | I2C | ±2g, ±4g и ±8g | ≈700 |
Метрологические параметры
Погрешности, устраняемые калибровкой
| Модель | Погрешность нуля, mg |
Приведённая погрешность нуля,% |
Мультипликативная погрешность, % |
| MMA7450 | 250 | 3.2 | - |
| MMA7660 | 64 | 4 | 8 |
| MMA7455 | 330 | 4 | 10 |
| ADXL345 | 150 | 2/4 | 10 |
| SMB380 | 60 | 1 | - |
| LIS202DL | 40 | 2 | 10 |
| LSM303DLM | 60 |
Температурные погрешности
| Модель | Температурный дрейф нуля, mg/°C |
Температурная нестабильность коэффициента преобразования, %/°C |
| MMA7450 | - | - |
| MMA7660 | 1.5 | 0.01 |
| MMA7455 | - | - |
| ADXL345 | 1 | 0.02 |
| SMB380 | 1 | - |
| LIS202DL | 0.5 | 0.01 |
| LSM303DLM | 0.5 | 0.01 |
Другие метрологические параметры
| Модель | Разрешение, mg | боковая чувствительность, % |
Нелинейность, % от FS |
| MMA7450 | 15.6 | 5 | 1 |
| MMA7660 | 21.33 | 1 | - |
| MMA7455 | 15.6 | 5 | 1 |
| ADXL345 | 3.9 | 1 | 0.5 |
| SMB380 | 4 | 2 | 0.5 |
| LIS202DL | 18 | 4 | - |
| LSM303DLM | 1 |
Примечание: FS здесь скорее всего Full Scale -максимальное значение выбранного диапазона
Выводы
Из общего обзора существующих акселерометров можно вынести некоторые общие закономерности
- Рассматриваемые акселерометры имеют довольно существенную начальную погрешность нуля. К счастью её не сложно убрать калибровкой (измерением при отключенных двигателях)
- Имеется начальная погрешность чувствительности (8-10%). Как производить её калибровку - совсем не очевидно
- Акселерометры имеют боковую чувствительность (1-5%). Это значит, что при движении только по оси Х, мы также увидим небольшое движение по оси Y.
Ссылки по теме
Сравнение акселерометров фирмы STMicroelectronics
Accelerometer and Gyro Buying Guide
Полное или частичное копирование материалов данного сайта возможно только с нашего разрешения. При этом ссылка на сайт http://vt-tech.eu/ обязательна