基于MEMS加速度计的高精度倾角传感器研制

为了测量煤矿井下液压支架姿态角度以实现支架姿态模型检测,设计了一款基于微电机系统(MEMS)加速度计的高精度倾角传感器。首先,对MEMS加速度计测倾角的基本原理进行研究。其次,分析传感器角度测量误差的影响因素,提高倾角传感器的测量精度:对加速度计的输出数据进行分析,分别设计传感器误差校准及坐标旋转的方法。最后,通过选用合适的传感测量元件及辅助电路,成功设计了高精度三轴倾角传感器。在试验室中对样机进行测试表明:该倾角传感器可以实现三轴方向上±90°范围的角度测量,测量精度在0.1°以内。该产品不仅可以用于煤矿井下,实现液压支架三轴姿态角度测量,满足液压支架姿态模型检测与分析的要求;还可以作为一种传感测量设备,在诸如工业自动化、智能平台等领域,实现角度测量功能。此外,误差校准及坐标旋转方法可以为其他高精度设备的设计提供良好的理论基础。     

高精度倾角传感器检测系统的设计与实现

主要介绍了针对倾角传感器批量生产而设计的一款高精度角度检测系统.系统包括运动控制系统、机电控制系统、Labview显示系统以及恒温恒湿箱设备等,能够实现对倾角传感器的0°位置校准、角度线性度校准以及误差检测,同时解决倾角传感器的温漂老化问题,使倾角传感器精度保持在±0.3°范围内.高精度倾角传感器检测系统的设计,实现了工业自动化检测代替原先的手动检测,提高了倾角传感器产品的精度,同时为企业提高了生产效率,节省了人力成本,具有很高的可靠性和实用性.     

TDC-GP21电场式圆时栅传感器信号处理系统设计

针对时栅传感器信号处理系统需要高精度时间间隔测量的需要,设计了一种基于TDC-GP21芯片测量时间间隔的时栅信号处理系统.采用FPGA控制TDC芯片的高精度测量模式对整数部分时间脉冲进行计数,小数部分时间脉冲采用门电路延迟进行细测,使时间测量更为精确,从而提高了时栅位移传感器的分辨率;通过校准测量对测量结果进行补偿修正,减小了测量误差.实验结果表明:采用该系统后72对极的圆时栅在0°～360°测量范围内,传感器的原始测量精度达到±1″,分辨率为0.036″.     

MEMS无线数显角度测量仪设计

针对双轴或单轴高精度角度测量的工况需要,采用8位单片机为主控芯片,高精度数字MEMS为传感器芯片设计了一种体积小、功耗低的无线数显角度测量仪.远端上位机通过ZigBee无线模块对测量仪进行操作和三维显示,同时集成OLED屏可就地显示测量数据.具有双轴±90°倾角测量和单轴绝对式0°~360°转角测量功能.测试结果表明:该测量仪测量精度为0.1°,具有较高的推广应用价值.     

基于RS485的高精度倾角传感器的设计与实现

根据MEMS加速度计倾角测量原理,设计了一种基于RS485串口通信的高精度倾角传感器。分别对该系统的硬件设计和软件设计进行阐述。倾角传感器的硬件设计主要分为MCU模块设计、传感器模块设计、电源模块设计、A/D转换模块设计和RS485数据输出模块设计;软件部分主要是下位机的程序设计。在系统中,采用手动标定的方法对数据进行标定,并利用分段线性插值法对角度进行补偿,经过多重滤波以达到良好的精度和线性。测量数据表明,该倾角传感器达到测量范围±90°、分辨率0.1mil、测量误差控制在0.1mil以内的高精度性能要求。     

基于容栅技术的数显角度尺的研发

针对机械式角度尺存在的测量过程较为繁琐、测量结果不易读数、测量功能单一等问题,文章设计了一款数显角度尺。该数显角度尺利用容栅测量技术和单片机技术进行开发。基于容栅测量原理,设计开发符合要求的圆容栅传感器,该圆容栅传感器具有角位移信号输出功能,通过单片机对该位移信号进行数据运算及处理,从而实现0°~90°,90°~180°、180°~270、270°~360°、0°~360°5种测量模式,并配合特定的机械结构件,从而实现数显角度尺的精密测量。该文所设计的数显角度尺分辨率为1',经实测,其精度可达2'。同时具有数据输出功能,便于实现在线测量,与传统机械式角度尺相比,具有操作简单、易于读数、测量功能多样等优点。     

基于加速度计的数字式倾角仪的设计

所设计的数字式倾角仪是一种基于MEMS热电偶加速度计的智能测量仪,可用于测量0°~360°倾角,同时,针对环境温度变化时对加速度计的影响,通过软件进行了补偿,测试表明:该倾角仪的测量精度达±0. 1°,并具有良好的工作稳定性和较高的性价比。     

基于霍尔器件的非接触式角度传感器研制

霍尔元件是一种对磁场敏感的传感器件,具有防烟尘干扰、抗振动和成本相对低廉等优点;利用线性霍尔元件作为检测,采用微机细分方式,设计了一种可从0°到大于360°范围内角度进行非接触测量的系统,给出了角度测量的原理、电路的构成及设计方法,实验表明,该系统测量精度达到设计要求,可广泛应用于工程测量领域.     

液体摆差分电阻倾角传感器设计

为方便、准确地检测大型喷雾机横杆水平状态,设计并制作液体摆差分电阻式倾角传感器。传感器采用液体自水平原理和电阻在液体摆差分变化原理,再利用电桥电路将倾角变化转换为电压变化。设计并制作了水银槽,采用康铜为导电丝制作了倾角传感器装置。在20℃的室温环境下,进行了标定试验和对比试验,获得倾角测定经验公式。试验结果表明:在倾角为-20°～20°的范围内,其测量精度小于±1. 0%,当倾角为-6°～6°时,误差低于0. 02°。     

基于PAC1921的宽范围高端电参数检测系统设计

针对电源管理、工业自动化等自动控制领域对高端电参数检测精度高、范围宽的要求,设计了一个基于PAC1921高端电流功率传感器的宽范围高端电参数检测系统;该系统根据测量结果自动对增益进行配置,使测量档位的测量范围与实际值匹配,从而保证设计的检测系统具有宽的测量范围的同时能够保证测量精度;实验结果表明系统能对高端0~20 A,0~32 V,0~640 W范围的电参数进行测量,数据采集稳定,精度高,可以为高端宽范围的电参数测量提供参考,具有一定的使用价值。     

MMA7361L的高精度角度检测平台设计

倾角是许多控制系统中需要测量的一个重要参数。针对倾角测量,设计了一种基于ARM微控制器和加速度传感器的角度测量平台。该平台采用基于ARMCortex—M3内核的STM32F103VE为数据处理的核心,利用高精度加速度传感器MMA7361L为测角传感器,同时配置液晶屏和小型键盘实现了人机交互。该平台具有测量精度高、灵敏度高、价格低的特点,应用前景广阔。     

基于激光干涉仪的角度测量技术

介绍了一种基于激光干涉技术的精密角度测量系统 ,该系统利用干涉仪在几何量测量中的干涉测量技术 ,以激光作为干涉光源 ,迈克尔逊干涉仪作为干涉测量装置 ,通过角度转换装置将角度量转换为可以反映干涉光路中光程差变化的线位移量 ,由此引起干涉条纹的变化 ,再通过相应电路对干涉条纹进行一系列处理 ,从而实现了对大转角的精密测量。与以往类似系统相比 ,该系统具有结构简单、误差恒定、测量精度高、测角范围大、易于数字化等特点     

An algorithm for high precision attitude determination when using low precision sensors

The technology for high precision attitude determination when using low precision sensors is a key requirement of a modern small satellite. This paper presents a new attitude determination algorithm termed preprocess EKF(PP-EKF) based on preprocessing of the sensor data. It can enhance the overall modeling accuracy by using the quadratic penalty function to correct the dynamic model error and angular velocity error in realtime, based on the information fusion of the current and the past measurement information. The measurement model of the EKF is linearized by introducing the q method. The solution error of this process is also corrected to further improve the accuracy of the measurement model and make better use of measurement data from the low precision sensors, to obtain good attitude determination results. Finally, the simulation results demonstrate the high reliability and other advantages of the proposed algorithm.     

基于隧道磁阻效应的反正切转速测量方法

针对传统转速测试系统精度低、温度稳定性差、测量范围窄等问题,提出一种基于隧道磁电阻(TMR)效应的高性能转速测试系统.在没有误差校正的情况下实现了0.19°的位置检测精度,已经达到了工程应用中常见的2000线编码器精度.本方法在被测转轴上布置磁栅环,利用具有高分辨率高频响特性的隧道磁电阻传感器对磁栅微弱磁场变化进行检测,得出频率随转速变化的正余弦信号.实验分别采用定时测角法、定角测时法和反正切法计算转速,结果表明3种算法中反正切算法检测精度最高,可达1.25％,更适合于隧道磁阻转速测量系统.     

非连续大气偏振观测精密控制系统设计

为观测大气中性区域的偏振特性,获取大气偏振STOKES参量,为大气偏振观测系统设计了一种高精度精确定位观测控制系统。该系统利用位置式高精度角度编码器,实现对大气观测系统的位置高精度测量,通过对观测系统的方位与俯仰控制对象传递函数的测量,并采用PID控制策略,对观测系统的位置和速度实现了高精度双闭环控制,并进行了相关实验验证,结果表明,该精密控制系统运行位置伺服精度在0.002 °范围内,满足大气偏振观测系统定位测量要求。     

空间测量定位系统测角不确定度分析及检定

空间测量定位系统是一种基于旋转激光平面进行角度交汇定位的新型网络式测量系统。为了对该系统进行严格的量值溯源,建立了测角模型,对系统单站测角不确定度进行了分析与验证。首先根据系统测量原理,推导出单站水平角和垂直角计算公式。然后在系统误差传递特性基础上,分析了测角模型中误差项的来源及影响,并对单站测角不确定度进行了估计。最后采用DFT-720A型号手动分度台作为角度基准,利用多面棱体和平行光管调整同轴度,对系统单站的水平测角不确定度进行了检定,分析了实验调整误差对检定结果的影响,实验结果表明该系统水平测角不确定度为2.4″(置信概率为99.73%),是实现高精密坐标测量的基础。     

基于磁阻传感器的旋转弹姿态测量算法研究

在旋转弹高速自旋的情况下,传统角速率陀螺测量滚转角时无法克服角速率量程和测量精度的矛盾,不能准确测量旋转弹弹体姿态。针对这一问题,在保证旋转弹的制导方式高度自主的前提下引入地磁信息,设计了一种高精度、适用于大动态范围的旋转弹姿态测量算法。着重针对滚转角的测量提出了一种新的解算思想,将滚转角以旋转弹横截面内的地磁矢量为界进行分解,并给出了结合地磁测量信息的偏航角、俯仰角计算公式。仿真结果表明:利用测量旋转弹姿态的算法是可行的,且精度高,值得推广。     

GSM-R无线通信基站天线倾角测量系统

为了更加准确方便地测量GSM-R无线通信基站天线的倾斜角度,文中研究了一种新型的GSM-R无线通信基站天线倾角测量系统。该系统通过使用芬兰VTI公司SCA100T-D01传感器进行倾斜角度的测量,通过单片机控制各模块,并通过手持触控PC终端显示。同时实现了四种组网测量的方法,可针对不同场景实现有效测量。测量设备的安装方法以及测量数据的统计处理,增强了该测量系统测量的准确性。该测量系统天线俯仰角度测量精度达到0.5°。实际测量证明该系统运行稳定,精度较高,方便快捷。     

基于陀螺仪的炮塔角速度测量装置的设计

针对国内炮控系统性能参数测试中对角速度测量的成本较高、操作复杂、时间较长等问题,设计了一种基于MEMS陀螺仪的炮塔角速度高精度测量装置,通过中值滤波、均值滤波以及加权平均融合的方法,抑制了测量噪声等因素对炮塔角速度值的影响.通过在转台和坦克上对该装置进行标定和测试,分析了滤波和融合前后的实验结果,其对炮塔角速度的测量精度可达0.02°/s.该装置操作简单、灵敏度高、成本较低、实用性强,能有效地提高测试精度,节省了人力物力,缩短了测量时间,满足实际应用的需求,具有很高的实用价值.     

基于PC机的冶金熔体黏度测控系统

介绍了冶金熔体黏度测控系统的设计、组成环节、功能及应用效果。该系统由PC及控制模块通过软件实现了电炉控温,黏度测量、计算及图表显示和打印输出的自动化,具有控温精度高,抗干扰能力强,黏度测量范围宽,软件操作界面灵活等特点,系统整体性能稳定。