Analysis of noise components in quartz pendulum accelerometer with digital feedback amplifier

Abstract

Предмет исследования. Рассмотрен кварцевый маятниковый акселерометр компенсационного типа с цифровым усилителем обратной связи. Исследованы шумовые составляющие выходного сигнала акселерометра. Метод. По серии экспериментальных данных проанализированы шумовые составляющие и погрешности исследуемого прибора согласно методике, принятой на ряде отечественных промышленных предприятий и соответствующей российскому стандарту, а также согласно методике, соответствующей международному стандарту с использованием метода вариаций Аллана. Основные результаты. Проведена оценка уровня шумовых составляющих с использованием спектральной плотности распределения мощности шума. Решена задача построения дискретного фильтра выходного сигнала, реализуемого в цифровом усилителе обратной связи прибора на базе встроенного микроконтроллера. Осуществлен выбор фильтра в соответствии с двумя критериями качества, согласно которым: 1) среднеквадратическая ошибка стремится к минимуму; 2) исследуемый прибор рассмотрен как замкнутая система автоматического управления, при этом полоса пропускания такой системы должна стремиться к требуемому значению, а время регулированияк минимуму. Для определения параметров, соответствующих комплексному критерию качества, в программном комплексе MATLAB проведено математическое моделирование работы акселерометра с цифровым усилителем обратной связи и фильтром. Практическая значимость. Показано, что применение фильтра Баттерворта 2-го порядка позволяет снизить шумовую составляющую выходного сигнала акселерометра примерно в 2,5 раза и соответствует обоим критериям качества. Ключевые слова акселерометр, цифровой усилитель обратной связи, шумовые составляющие, погрешности, фильтр