MEMS数字倾角仪的标定补偿方法研究

在介绍MEMS数字倾角仪组成结构的基础上,根据数字倾角仪内部MEMS加速度计的输出特性,对MEMS加速度计的敏感单元建立数学标定模型,提出并推导了一种适用于MEMS数字倾角仪的标定方法;该方法可以得到双轴MEMS数字倾角仪中加速度计的零位电压、标度因数矩阵、安装误差系数等敏感项参数;通过重力场静态翻转实验对实验室研制的数字倾角仪进行标定;最后使用MATLAB拟合计算得到所求标定参数,并对测试结果进行了误差分析和补偿对比;实验结果表明,该方法能使MEMS数字倾角仪的测量精度提高到±0.05°,可以满足高精度的角度测量需求。     

基于加速度计的数字倾角仪误差建模与分析*

基于加速度计的数字倾角仪在实际应用过程中,其精度在很大程度上受加速度计测量误差的影响。为了提高倾角仪的测量精度,需要对传感器本身引入的误差进行建模和分析,根据加速度计倾角仪的测量原理,得出其误差源为加速度计传感器测量误差。在对传感器的测量误差建立数学模型的基础上,通过仿真分析及实验进行验证。该误差模型不仅给出了倾角仪测量的俯仰角及滚转角的最小误差范围,还可以为传感器选型及后续的误差分析和补偿提供理论参考,具有一定的实用价值。     

一种适用于单轴MEMS倾角仪的快速标定方法及实现

针对单轴倾角仪核心元件MEMS加速度计零点电压和标度因数在反复上电后会发生改变,且在外场环境下,不能通过转台对其进行修正的问题,本文根据MEMS加速度计的安装误差、输出模型推导了单轴倾角仪的标定模型,提出了一种适用于单轴倾角仪的快速标定方法,并利用实验室研制的MEMS单轴倾角仪及LABVIEW软件编写的上位机对该方法进行了试验验证.实验表明,该快速标定方法可快速、准确地修正MEMS加速度计零点和标度因数的漂移,从而保证倾角仪的测量精度,具有良好的工程实践意义.     

双轴倾角传感器的设计与实现

光纤陀螺(FOG)寻北仪是利用FOG在相对地球静止时感测到的地球自转角速率在光轴上的分量特性而设计的寻北系统。固定陀螺的基座不水平时,对寻北精度会产生较大的影响。为了检测基座平面的姿态角,并对陀螺的输出值进行补偿,研制了高精度的双轴倾角传感器。该倾角传感器采用双轴石英挠性加速度计作为检测元件,通过采样加速度计在相差180°的2个方向上的输出值,精确地解算出基座平面的姿态角,并消除了加速度计偏值的影响。系统简单,容易实现,且达到了较高的测角精度。     

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.     

MEMS加速度计的动态倾角测量性能研究

为了分析MEMS加速度计的动态倾角测量性能,组建了虚拟仪器架构的倾角测量系统,通过设计的模拟实验对MEMS加速度计和传统膜电位倾角传感器的动态倾角测量性能进行了比较研究;结果显示:两种传感器所测的动态倾角信号具有很强的相关性,利用拟合曲线所得加速度计所测信号与基准信号间的最大偏差、均方误差、平均能量差异等指标均小于传统倾角传感器所测数据;提高运行速度后发现倾角信号振荡加剧,加速度计所测信号波动幅度较小且高频成分丰富,膜电位倾角传感器所测信号出现相位滞后;表明MEMS加速度计适合于一般工业场合下的低速动态测量,其所测信号与基准信号间的偏差小,信号波动幅度小、失真小;采用软、硬件信号处理手段,可以有效改善环境干扰对测量的影响。     

磁阻传感器的捷联式磁航向仪及误差补偿

依据所实现的一种测量航向角的新方法 ,论述磁阻传感器的原理 ,给出了系统数值计算方法 ,分析了系统误差并进行校正。与传统的测量方式 (惯性导航装置、GPS)相比较 ,所提出的航向仪具有重要的优良特性。试验结果显示在捷联状态下 ,用加速度计提供姿态角 ,该系统精度可达到 1°。     

水平姿态测量用加速度计的环境适应性设计

为适应高冲击和随机振动的使用环境,对由双轴石英加速度计构成的水平姿态测量装置,给出了基于三梁单岛悬臂梁结构和双梁单岛悬臂梁结构的加速度计支承结构和固有频率的设计方法,并对设计结果进行了有限元分析和振动冲击试验验证。结果表明:利用该设计方法设计的加速度计结构,对随机振动和高冲击的使用环境具有良好的环境适应性,能够承受持续时间3m s的1 10gn冲击和0~2 kHz的随机振动,测量精度优于0.02°。     

一种低成本动态车载导航坡度识别方法

针对车载导航系统对行驶过程中道路坡度、相对高度变化识别的需要,提出了1种基于里程仪、单轴加速度计的坡度与相对高度估计算法,克服了传统倾角仪无法在加速运动下测量的不足,能够满足车辆任意运动状态下的测量要求,并在此基础上设计了与倾角仪测量简单融合算法与坡度行车判别策略,可以实现坡度行车的准确快速判断与测量,为复杂情况下车载导航仪道路自动判断提供有力支持。     

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°。     

单总线温度湿度复合传感器的设计

利用集成湿度传感器HiH3610测得相对湿度,用多功能芯片DS2438获得工作电压和温度补偿数据,采用AT89C52单片微机进行误差补偿计算,设计了一种新型单总线温度、湿度复合传感器。并完成了人机接口和PC机通信。该传感器湿度测量范围为0～100%RH,准确度为±2%RH;温度测量范围为-40～125℃,准确度为±0.5℃。     

Measuring posture for epidemiology: Comparing inclinometry,observations and self-reports

The objective of this study was to use and evaluate three postural assessment methods for epidemiological studies of back disorders. The methods were: (1) a data-logging inclinometer; (2) observations by trained observers; (3) self-reports by employees. All methods were feasible in 50 heavy industry worksites. Inclinometry provided quantitative measures of flexion–extension (mean 17°, SD 11.2°), lateral flexion (mean 8.5°, SD 2.6°) and trunk movement speed (mean 14.3° per second, SD 4.9° per second). Observations and self-reports provided estimates of time spent in various trunk angles, general postures, materials handling and vehicles. Compared to observations, self-reports under-reported less common tasks, but over-reported task durations. In statistical modelling to determine if observations or self-reports could be used to estimate measured postures, observations accounted for 30 to 61% of the inclinometer measurement variance and self-reports for 33 to 40%. A combination of inclinometry and observations would be an ideal option to provide both depth and breadth of data on postures and other physical exposures for epidemiological research.     

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。     

微机械G开关的研制

设计制作了一种微机械G开关,该微加速度开关采用微机电系统(MEMS)体加工工艺,其敏感元件由螺旋梁支撑的检测质量块和它下面的微触点构成,在外界加速度作用下,检测质量块发生位移,完成与触点的接通。经离心测试,在通电0.8A情况下,接通门限值为2.8gn,接通电阻为0.6Ω;经振动测试,不响应高于85Hz的高频振动,在5×104gn高冲击下,测试未见损坏。     

汽车空调温度湿度传感器设计

车用温度湿度传感器用于对汽车车厢内温度和相对湿度的自动监测,其性能直接影响空调系统的工作。设计的温度湿度传感器采用了一体化结构和强制空气流通的措施,能够在-30~85℃的环境中连续工作,并在湿度为20%~90%RH的范围内达到±5%的准确度,同时,具有较好的线性度。     

基于SnO_2传感器对液化石油气的动态检测

采用SnO2 传感器对家用液化石油气进行动态检测。介绍了整套实验装置及具体的实验操作过程;对实验结果进行分析,表明动态检测方法可以明显地提高SnO2 传感器的选择性,检测下限为10-7 mol/L,检测上限为 5×10-6 mol/L,检测准确度为 0. 2×10-7 mol/L。     

温度传感器在轧机自动控温系统中的应用

为了改造24头轧机红外烤箱的温度系统,采用了软件和硬件相结合的自动控温设计方案。用热敏电阻器作温度传感器,87C51单片机作主控微机,加上放大器、模数转换器等组成主要硬件系统。软件上采用积分分离PID位置式算法控制温度超调,实现恒温控制。改造后的系统温度波动误差小于±0.5℃/30min,平均控温误差小于±1℃,很好地满足了全部流水设备的要求。     

圆感应同步器在高精度位置控制系统中的应用

为了实现热管性能测试台倾角的高精度位置控制,系统选择了工控机、圆感应同步器和伺服电机构成全闭环控制系统,对测试台的倾角进行直接检测与调节;控制软件用VB实现。经与机械部分联调,实验结果为:角度调节精度≤±1″,角度显示精度为±1″。     

微机械陀螺仪检测反馈控制系统研究

以单自由度硅微振动轮式陀螺仪的检测动极板为控制对象,系统的结构特性决定了只能选择反馈控制方式对其进行控制。为实现这种控制对控制系统进行建模以及设计合适的校正环节。反馈方式控制的应用可以有效地改善系统的动态特性和稳态特性。加入校正环节后的系统幅值和相角裕度分别达到了17.5dB和57.3°,这为实际的应用提供了指导。     

一种基于PSD红外线位置传感器的设计

在介绍位置敏感器件(PSD)基本原理的基础上,提出一种以PSD为核心器件,应用于纠偏系统的红外线位置传感器的设计方法。介绍了该传感器的结构和测位原理,给出了硬件和软件的相关设计,分析了影响该传感器检测位置精度的因素,并提出了相应的解决办法。该位移传感器可检测的物体的最大运动位移为±18.5mm,检测精度优于0.1mm,采样频率可达1.5kHz。