摘 要

六维加速度传感器能够同时测量运动载体的六维加速度信息，故在多个领域有着广泛的应用，本文首先对所研究的传感器的加速度解耦算法进行分析研究，建立ADAMS仿真模型，用于分析六维加速度传感器的输入输出特性及其内部主要技术参数的误差敏感度，以指导长安其的参数辨识过程；设计了一种新型六维加速度传感器的标定平台，该传感器的标定是指在明确待测信号输入与输出变换关系的前提下，通过实验利用某种标准器具对传感器的参数及性能进行辨识、核定。该平台可以实现单个的角速度和角加速度、线速度和线加速度以及线速度和角速度同时进行的运动状态。最后，根据设计好的六维加速度传感器的标定平台进行传感器的参数辨识实验，完成对所研究传感器的各项性能指标的确定。

关键词： 六维加速度传感器；解耦算法；标定实验平台；性能指标

Abstract

Six axis accelerometer to six dimensional acceleration measurement of motion vector information at the same time, it is widely used in many fields, the paper analyzes the first acceleration sensor for decoupling algorithm research, establish ADAMS simulation model for the error analysis of six dimensional acceleration input and output characteristics and main technical parameters of the internal sensors. Sensitivity to guide Changan to identify parameters of the calibration platform; design a new six axis acceleration sensor, the sensor calibration refers to the premise of the signal input and output change relations, through the parameters and performance test using some standard instruments on sensor identification and verification. The platform can achieve single angular velocity and angular acceleration, linear velocity and linear acceleration, and the state of motion at the same time as the linear velocity and angular velocity. Finally, according to the design of the calibration platform of the six - dimensional acceleration sensor, the parameters of the sensor are identified, and the performance parameters of the sensor are determined.

Key words: six dimensional acceleration sensor; decoupling algorithm; calibration experiment platform; performance index

目 录

摘 要 1

Abstract 2

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 设计的目的 1

1.2.1 六维加速度传感器的国内外研究现状 1

1.2.2 六维加速度传感器的标定平台设计的国内外研究现状 4

1.3 设计的目的和意义 6

第二章 六维加速度传感器的解耦算法 7

2.1 六维加速度传感器结构设计 7

2.2 位形空间内建立的解耦算法 9

2.2.1 基于牛顿-欧拉方程的动力学模型 9

2.2.2 动力学方程的求解算法 13

2.2.3 算列验证 14

第三章 标定平台设计 21

3.1 六维加速度传感器标定平台的设计要求及特点 21

3.2 标定平台的实体设计 21

3.2.1 电磁阀的设计 25

3.2.2 电机的选择 27

第四章 标定的平台的运动状态 29

4.1 第一种运动状态 29

4.2 第二种运动状态 36

4.3 第三种运动状态 45

4.4 第四种运动状态 54

4.5 第五种运动状态 63

第五章 机器的操作说明和注意事项 66

5.1 机器的操作说明 66

5.2 注意事项： 67

结 论 69

致 谢 70

参考文献 71

第一章 绪论

1.1 研究背景

传感器作为一类检测装置，能够感受到人体感觉器官难以感知的信息，并将其转化为电信号或者其它所需形式的信号，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录及控制等要求。为了适用于各种场合，人们已经设计出各种各样的传感器，以满足需求。其中加速度传感器能够感受加速度并且传输出信号的传感器。

六维加速度传感器是一种多维运动传感技术，用于测量和检测线速度、线加速度、角速度及角加速度分量的一个刚体的六维运动技术。该项技术可以准确的、敏感的感知各种事物的运动状态，具有广阔的发展前景，在惯性导航、机械振动、动力学控制和医疗保健等领域具有广阔的应用前景。目前六维加速度传感器还处于探索阶段。为了更方便的检测出六维加速度传感器的精度高不高，我决定设计一个移动平台，让平台可以单独的有线加速度和加加速度，也可以同时有线加速度和角加速度的一个运动状态。

1.2 设计的目的

为了测量自己做的传感器精度高不高。标定平台能够实现角运动和线运动，在平台上放一个现有的传感器和自己做的传感器，比较一下，传感器的精度高不高，测量准不准确。由此设计此六维加速度传感器的标定平台。

1.2.1 六维加速度传感器的国内外研究现状

从检索到的文献资料来看，国内外正在研究的六维加速度传感器从待测六维加速度在传感器上的作用部位来划分，主要有质量块作用型和基座作用型两类。

日本立命馆大学的 Amarasinghe 等人在一种压阻式六维力传感器 [1] 的基础上进行改进，提出了一种基于四梁结构的压阻式六维加速度传感器 [2-5] ，如图 1.2.1 所示。质量块通过四根弹性梁连接到传感器的基座上，每根梁上粘贴 5 个压敏电阻。借助于 6 个惠斯通电桥将压敏电阻阻值的变化率转换成电压，并借助于有限元仿真结果将桥路输出电压值所对应的弹性梁应变量转换成质量块相对于基座的六维加速度。该设计思想的优点是满足了传感器的微型化要求，缺点