Evaluation of low-cost MEMS accelerometers for measurements of velocity of unmanned vehicles

Aim of the paper is to assess uncertainty associated with determination of velocity using MEMS accelerometer. Two MEMS accelerometers are evaluated from the point of view of measurement characterized by short duration and possibility of repetitions in unchanged environment. Mathematical model of measurement of velocity is presented with its accompanying uncertainty. The accelerometers were first subjected to calibration and testing of nonlinearity of their scale factors, then fixed to a wheeled robot which performed repeated manoeuvres of straight line movement on laboratory ground. Standard uncertainty of velocity measured using the examined accelerometers was at the level of 0.02–0.04 m/s for run duration of about 1.5 s and averaged data from 12 runs. MEMS accelerometers can be recommended for velocity measurements characterised by short duration and possibility of repetitions, if uncertainties of calibration and of measurement of vehicle tilt angle during motion are minimized.

W artykule poruszono problem pomiaru bezwładnościowego parametrów ruchu pojazdów. Celem pracy jest ocena niepewności pomiaru związanej z wyznaczaniem prędkości metodą całkowania przyspieszenia zmierzonego akcelerometrem typu MEMS. Dwa akcelerometry typu MEMS zostały poddane ocenie z punktu widzenia zastosowania charakteryzującego się krótkim czasem trwania pomiaru oraz możliwością jego powtarzania w niezmienionych warunkach. Zaprezentowano model matematyczny pomiaru prędkości wraz z towarzyszącą mu niepewnością. Akcelerometry zostały poddane procedurze kalibracji oraz wyznaczono nieliniowości dla ich współczynników skali dzięki wykorzystaniu urządzenia Tira-VIB do wygenerowania przyspieszeń o zmiennych wartościach. Czujniki zostały zamontowane na robocie kołowym, który wykonał w sposób powtarzalny manewr jazdy prostoliniowej na tej samej nawierzchni. Otrzymano niepewność standardową prędkości zmierzonej przy użyciu badanych akcelerometrów na poziomie 0,02–0,04 m/s dla przebiegu trwającego ok. 1,5 s, przy uśrednieniu danych z 12 przebiegów. Na podstawie wykonanej pracy można rekomendować tanie akcelerometry MEMS do pomiarów prędkości charakteryzujących się krótkim czasem trwania oraz możliwością powtarzania pomiarów. Należy zwrócić uwagę na minimalizację niepewności związanych z kalibracją instrumentów oraz pomiarem zmiennego kąta przechyłu pojazdu podczas ruchu.