Перейти к содержанию

Чувствительность средства измерений

Акселерометр выдаёт не «g», а число: 16384, 8192, −2048. Чтобы превратить его в ускорение, нужна чувствительность — сколько единиц кода приходится на единицу величины. Разбираем определение VIM и таблицы MPU-6050, где чувствительность зависит от выбранного диапазона.

Обновлено Редакция GAW

Чувствительность (sensitivity) средства измерений — отношение изменения показания измерительной системы к соответствующему изменению измеряемой величины (VIM, JCGM 200:2012, п. 4.12). У датчика с цифровым выходом её выражают в единицах кода на единицу величины — LSB/g, LSB/(°/с), LSB/°C; у аналогового — в милливольтах на единицу, например мВ/°C или мВ/В у тензодатчика. Производители называют её также масштабным коэффициентом (sensitivity scale factor).

Чувствительность и диапазон

Чувствительность может зависеть от значения величины (п. 4.12, прим. 1), а у датчиков с переключаемым диапазоном — ещё и от настройки. У MPU-6050 выход 16-разрядный, поэтому чем шире выбранная полная шкала, тем меньше кода на единицу величины:

Акселерометр, AFS_SELДиапазонЧувствительностьГироскоп, FS_SELДиапазонЧувствительность
0±2 g16 384 LSB/g0±250 °/с131 LSB/(°/с)
1±4 g8192 LSB/g1±500 °/с65,5 LSB/(°/с)
2±8 g4096 LSB/g2±1000 °/с32,8 LSB/(°/с)
3±16 g2048 LSB/g3±2000 °/с16,4 LSB/(°/с)

Источник — PS-MPU-6000A-00, разд. 6.1 и 6.2. Пересчёт прост: значение = код / чувствительность. Код 1310 с гироскопа при FS_SEL = 0 — это 10 °/с (наш пересчёт). Подробнее о самом датчике — в карточке MPU-6050, о выборе диапазона — в статье «Акселерометры и гироскопы».

Допуск и ошибки чувствительности

Паспортное число — номинал. Реальная чувствительность экземпляра отличается от него, и это систематическая ошибка коэффициента, аналог ошибки усиления АЦП. У MPU-6050 (разд. 6.1–6.2):

  • начальный допуск ±3 % у акселерометра и у гироскопа;
  • изменение по температуре: ±2 % у гироскопа, ±0,02 %/°C у акселерометра в диапазоне −40…+85 °C;
  • нелинейность 0,2 % у гироскопа и 0,5 % у акселерометра — чувствительность немного разная в разных точках шкалы;
  • межосевая чувствительность ±2 % — ось реагирует на движение вдоль соседних осей.

VIM отмечает, что изменение величины при определении чувствительности должно быть велико по сравнению с разрешением (п. 4.12, прим. 2): по одному-двум LSB коэффициент не оценить.

Частые вопросы

Как перевести код акселерометра в g?

Разделить на чувствительность для выбранного диапазона. У MPU-6050 при AFS_SEL = 0 это 16 384 LSB/g (PS-MPU-6000A-00, разд. 6.2), поэтому код 8192 — это 0,5 g, а 16 384 — 1 g (наш пересчёт). При смене диапазона на ±16 g чувствительность падает до 2048 LSB/g, и тот же код означает уже 4 g.

Чем чувствительность отличается от разрешения?

Чувствительность — коэффициент: сколько единиц показания на единицу величины (VIM, п. 4.12). Разрешение — наименьшее изменение величины, которое вообще заметно в показании (п. 4.14). Высокая чувствительность не помогает, если показание тонет в шуме: тогда разрешение определяет шум, а не шаг кода.

Можно ли верить паспортной чувствительности?

С допуском. У MPU-6050 начальный допуск масштабного коэффициента ±3 % и для гироскопа, и для акселерометра (разд. 6.1 и 6.2). Для точных измерений чувствительность калибруют по известной величине — например, по 1 g силы тяжести, поворачивая датчик осью вверх и вниз.

Источники

  1. JCGM 200:2012. International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM), 3rd edition — 4.12: чувствительность измерительной системы — отношение изменения показания к соответствующему изменению значения измеряемой величины; прим. 1 — может зависеть от значения величины; прим. 2 — изменение величины должно быть велико по сравнению с разрешением; 4.14: разрешение — наименьшее изменение величины, вызывающее заметное изменение показания
  2. TDK InvenSense. MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification (PS-MPU-6000A-00, Revision 3.4, 19 августа 2013) — разд. 6.1: гироскоп — масштабный коэффициент 131; 65,5; 32,8; 16,4 LSB/(°/с) при FS_SEL = 0…3, допуск при 25 °C ±3 %, изменение по температуре ±2 %, нелинейность 0,2 %, межосевая чувствительность ±2 %; разд. 6.2: акселерометр — 16 384; 8192; 4096; 2048 LSB/g при AFS_SEL = 0…3, начальный допуск ±3 %, изменение от температуры ±0,02 %/°C при AFS_SEL = 0 в −40…+85 °C, нелинейность 0,5 %, межосевая ±2 %; разд. 6.3: датчик температуры — чувствительность 340 LSB/°C без подстройки; история редакций: в ред. 2.2 единица чувствительности акселерометра заменена с LSB/мg на LSB/g

Нашли ошибку?

Смотрите также