基于CORDIC算法的360°角度传感器的设计

一维霍尔板型角度传感器无法测量0～360°的角度,采用4个霍尔器件的联合测角技术和CORDIC算法可实现0～360°范围内的角度测量。文章详细描述了4个霍尔器件联合测角技术的测角原理及实现算法,并引入了符号幅值表示法,即先利用正弦和余弦的幅值进行0°～90°范围内的反正切CORDIC运算,再根据正弦和余弦正负号(符号)的不同组合实现角度从0°～90°到0°～360°的映射。Modelsim平台仿真验证了该方法的准确度和精度,仿真误差小于0.01%,实测总误差不大于0.05°。     

一种基于FPGA的高速自整角机数字解算方法

自整角机是广泛应用于轴角测量系统中一种非常重要的测量元件,现场可编程逻辑门阵列(FP-GA)技术近几年的发展使得利用硬件描述语言实现信号的快速实时处理成为可能。设计采用Spartan-3系列的XC3S400芯片,根据自整角机输出信号的特点和角度测量原理,利用Verilog HDL语言编程完成控制逻辑和自整角机角信息的解算。应用坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法在FPGA中实现了反正切函数的计算,并引入改进的CORD IC算法以提高运算速度,节省硬件资源。经过测试,达到0.01°的轴角解算精度,角度解算区间达到[-360°,360°],并且,在不同的角度偏移量和不同的轴初始位置情况下都能获得满意的结果。     

基于应变式双参数倾斜仪的设计

为精确测量桩体在施工过程的倾斜角度,介绍一种基于电阻应变计式的双参数倾斜仪,阐述了倾斜仪的结构设计和工作原理;推导出倾斜角和方位角的数学模型。对放大电路及其信号变换电路进行硬件设计和软件编程。实验结果表明倾斜角在±10°范围内,其测量精度为0.04°;方位角在0°～360°范围内,其测量精度为2.253°,可以满足桩基础施工的技术要求。     

基于TLE5012B的多圈绝对角度传感器设计

多圈绝对角度传感器是机器人、汽车电子核心部件之一.TLE5012B角度传感器基于集成巨磁阻(iGMR)技术,可检测封装磁场表面360°的变化,实现角度的非接触式测量.提出了三齿轮机械结构与TLE5012B角度传感器相结合的分段函数算法,实现对转轴旋转位置高精度、大量程的非接触式检测,完成角度传感器检测量程与检测精度的解耦.实验证明:利用该机械结构的分段函数算法所设计的绝对角度传感器可以实现检测量程可调,检测精度达到0.5°.     

基于磁角度传感器云台控制系统的设计与研制

新型集成磁角度传感器具有360°全量程测量和优异的综合使用性能,将该角度传感器引入云台平面转动、俯仰角的测量与反馈控制,实现对云台转角分辨力0.022°、线性度0.3%的高精度测量。结合微型计算机可以给出模拟量与数字量的多种输出形式,同时,结合控制电路可以实现定点跟踪与闭环控制,实现了对传统云台结构的重大改进。     

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.     

基于光纤光栅螺栓松转角测量的螺栓联接状态监测方法

针对大型结构中螺栓联接件用量多、分布跨度大、松动难以监测的问题,提出一种基于光纤光栅传感的螺栓松动监测方法,利用光纤光栅传感器监测螺栓松动过程中松转角的变化,进而实现对螺栓联接状态的监测。设计了一种适用于分布式多螺栓的级联式FBG螺栓联接状态监测传感器装置,采用光纤接头实现分布式多螺栓联接。通过理论计算分析,得到波长偏移与松转角的理论关系,确定最佳角度测量区间,建立进行螺栓松转角监测实验装置。结果表明,传感器在45°~65°范围内存在很好的线性关系和灵敏度,波长偏移与松转角的灵敏度为108.11pm/°,最小能测量0.38°的螺栓松转角度变化。作为螺栓松动监测的新方法,该方法对实现大型结构中螺栓联接件分布式监测具有重大意义。     

光纤激光水听器消偏振衰落技术研究

针对光纤激光传感器信号解调过程中干涉仪输出干涉条纹可见度受输入光偏振态变化和两臂单模光纤双折射效应的影响,介绍了一种简单的光纤干涉仪消除偏振衰落技术,通过在M ichelson光纤干涉仪上加2个法拉第旋转镜来提高输出条纹可见度。使用琼斯矩阵法对干涉仪系统进行理论计算,证明法拉第旋转镜旋转角度在理想的45°附近时能达到很好的消偏振衰落效果,并通过实验进行了有效的验证。     

磁阻式传感器在角度测量中的应用

介绍一种利用磁阻式传感器构成的非接触角度自动测量系统。分析了非接触角度测量系统的结构、原理以及信号处理方法,给出了角度测试结果,系统的角度测量范围为0°~180°,测量精度为±0. 5°。     

旋转变压器位置检测在EPS中的应用

对角度传感器——旋转变压器的原理以及其数字化检测做了详细的介绍,系统地阐述了旋转变压器角位置检测的几种常用的方法,并从中选出一种方法应用到电动助力转向系统当中。简述了旋转变压器数字变换器(RDC)集成电路AD2S83及它们在电动助力转向系统中的应用,达到了该系统对角度测量±1.2°的精度要求。     

天空散射光偏振成像噪声建模与分析

仿生偏振导航是近年来兴起的一种新原理导航方式,对天空光进行成像可以获得更为丰富的天空散射光的偏振信息以及分布特征,有利于提高偏振导航传感器的精度和抗干扰能力.根据现有的Stokes参量测量偏振光的原理以及成像装置的噪声模型,对基于Stokes参量法的偏振角度测量噪声进行了建模,并根据模型进行了仿真分析.仿真结果表明:提高相机的信噪比(SNR)能够显著提高偏振成像的质量,当相机的SNR大于44 dB时,天空偏振角度的测量标准差将优于1°/像素;得到了0°,60°,120°和0°,45°,90°检偏器分布模式下对不同偏振角度的入射光测量噪声的统计分布特征.尽管0°,60°,120°的检偏器布置方案相对于0°,45°,90°的检偏器布置方案有着更大的计算复杂度,但在使用相同信噪比相机的情况下,该布置方案的噪声更小.该结论将对天空偏振光成像装置的构建及其误差分析与补偿技术提供参考.     

一种数字磁罗盘全罗差自主优化补偿方法

为了进一步提高数字磁罗盘全姿态罗差补偿精度,提出了一种基于地磁场分量的罗差自主优化补偿方法.从罗差补偿模型出发,分析椭球拟合补偿方法的局限性,在对参数缺失和剩余误差分析的基础上,建立了包含缺失参数的优化补偿模型;针对非线性优化模型引入粒子群算法PSO(Particle Swarm Optimization)对模型参数进行估计,数值仿真结果证明了算法可有效估计缺失参数.实验结果表明,优化补偿过程无需借助外部辅助姿态信息,俯仰角-20°姿态下,优化补偿方法在椭球假设补偿基础上将其最大误差由4.8°降至1.9°,误差标准差由1.5°降至1.1°.     

基于重力四元数的陀螺漂移估计与补偿

为提高钻探中的钻具姿态测量精度,提出一种基于重力四元数的MEMS惯性随钻姿态测量方法.采用MEMS惯性器件构建钻具姿态测量系统,把加速度计数据解算的姿态四元数作为观测四元数,陀螺仪数据解算的姿态四元数作为误差四元数;然后将陀螺仪漂移融入误差四元数,建立重力四元数估计陀螺仪误差四元数的模型,采用最小二乘法估计陀螺仪三轴漂移,进而补偿陀螺仪姿态四元数;通过补偿后的姿态四元数解算出钻具姿态.最后设计了转台、振动台实验和钻进模拟实验,实验结果表明,姿态四元数补偿后的井斜角和工具面角漂移由平均10 °/h减小到约0.2 °/h,方位角误差由平均12 °/h减小到约0.46 °/h,实现了加速度计补偿陀螺的三轴漂移,表明该方法能够有效提高钻具的姿态测量精度.