Діапазон акселерометра

Повернутися до глосарію

Діапазон акселерометра визначає максимальне прискорення, яке датчик може точно виміряти без насичення. Виробники вказують цей параметр у вигляді симетричного значення повного діапазону, наприклад ±2 g, ±8 g, ±16 g, ±50 g або ±100 g, де 1 g = 9,80665 м/с². Обраний діапазон визначає максимальне вхідне прискорення, а також безпосередньо впливає на роздільну здатність вимірювання, квантування та рівень шуму.

Акселерометр перетворює зміщення контрольної маси на цифровий вихідний сигнал за допомогою аналого-цифрового перетворювача (АЦП). Для N-бітного АЦП теоретичний крок квантування становить

$$\Delta a = \frac{2A_{FS}}{2^N},$$

де $A_{FS}$ — це позитивний повний діапазон шкали. Збільшення діапазону вимірювання призводить до розширення найменш значущого біта (LSB), що знижує теоретичну роздільну здатність датчика. Хоча сучасні інерційні датчики Зазвичай для підтримки постійної цифрової роздільної здатності шляхом регулювання внутрішнього коефіцієнта підсилення ефективна щільність шуму, як правило, зростає зі збільшенням діапазону вимірювання.

Вибір недостатнього діапазону призводить до насичення вихідного сигналу щоразу, коли

$$|a| > A_{FS},$$

що заважає датчику відображати справжнє прискорення. Насичення призводить до обрізання сигналу та спотворює результати інерційного інтегрування. Це швидко погіршує точність оцінки швидкості та положення в INS. І навпаки, вибір надмірно великого діапазону знижує чутливість до слабких прискорень. Це зменшує відношення сигнал/шум (SNR), особливо під час квазістатичних вимірювань.

Динаміка в реальних додатках

Оптимальний діапазон акселерометра залежить від очікуваної динаміки застосування. У прецизійній геодезії, мобільному картографуванні та стабілізованих морських платформах зазвичай пріоритетом є низький рівень шуму. Ці системи працюють у помірних діапазонах, зазвичай від ±2 g до ±8 g. Високодинамічні платформи потребують ширших діапазонів, щоб запобігти насиченню під час різких маневрів. Прикладами є ракети, безпілотні боєприпаси, гоночні БПЛА, ракети-носії та системи моніторингу ударів.

В інерційній навігації діапазон акселерометра ніколи не слід розглядати окремо. Його необхідно оцінювати разом із нестабільністю зміщення, точністю коефіцієнта масштабу та смугою пропускання. Інші критичні параметри включають похибку випрямлення вібрацій (VRE), частоту дискретизації та щільність шуму. Правильно підібраний діапазон гарантує, що датчик залишатиметься в межах своєї лінійної робочої області. Це максимізує точність вимірювань та покращує оцінку орієнтації. Врешті-решт, це підвищує dead reckoning та загальну INS у складних умовах експлуатації.