基于SOC的高精度傾角測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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2．3 曲線擬合
由于SCA100T系列傳感器輸出與傾斜角度存在非線性關(guān)系(非線性誤差在測量范圍內(nèi)為0.11°)，這樣不利于分析處理測量結(jié)果。因此必須采取相應(yīng)的線性化措施，以補(bǔ)償傳感器引入的非線性。傳統(tǒng)方法中多數(shù)采用硬件方法，實(shí)現(xiàn)方法比較復(fù)雜，且穩(wěn)定性和可靠性難以控制。
由于SCA100T系列傳感器的非線性特性是已知的，則可以利用相應(yīng)的校正函數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。由于微處理器具有很強(qiáng)的函數(shù)運(yùn)算與數(shù)據(jù)處理能力，用編程的方法可以很容易實(shí)現(xiàn)所需的校正函數(shù)。本設(shè)計(jì)采用SOC通過軟件編程的方法修正非線性。
在設(shè)計(jì)時(shí)，將SCA100T-D01傳感器的測量范圍進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，如將傾角為3°的這段曲線劃分為2．5°～3．5°，并將擬合曲線修改為下式：
式中，XIN為模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出值經(jīng)內(nèi)部SINC3濾波器濾波后得到的采樣值，TER為SCA100T傳感器的實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償值，PI為圓周率。
上式既修正了傳感器輸出的非線性，又修正了溫度對(duì)傳感器的影響。
3 實(shí)測數(shù)據(jù)
該傾角測量系統(tǒng)在MC019-JJ2數(shù)字式2光學(xué)分度頭標(biāo)準(zhǔn)儀器上進(jìn)行了分度和性能測試。MC019-JJ2數(shù)字式2光學(xué)分度頭是一種對(duì)裝夾在其主軸上的工件進(jìn)行角度分度或進(jìn)行角度檢驗(yàn)的精密光學(xué)計(jì)量儀器，其顯示當(dāng)量為1。測試數(shù)據(jù)如表2所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/162331.htm
從表2的測試數(shù)據(jù)可知，每個(gè)測試點(diǎn)的偏差有正有負(fù)，其主要原因在于這些測試點(diǎn)的曲線擬合是獨(dú)立的，互不影響。另外，在30°時(shí)絕對(duì)誤差最大，最大的絕對(duì)誤差為0．0044°，在1°時(shí)相對(duì)誤差最大，為0．001 8／1≈0．018％。
4 結(jié)束語
本文采用MEMS傾角傳感器SCA100T的模擬接口為輸出，采用其數(shù)字接口實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，同時(shí)采用基準(zhǔn)源和運(yùn)放驅(qū)動(dòng)作為傳感器的電源，提高了傳感器輸出的精度和穩(wěn)定性；信號(hào)處理時(shí)，采用低漂移運(yùn)放處理電路和差分模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，有效提高了信號(hào)的信噪比和共模抑制比；采用正弦曲線擬合，有效改善了信號(hào)輸出的線性度。經(jīng)過以上多方面信號(hào)處理和優(yōu)化，在測量范圍內(nèi)系統(tǒng)最大絕對(duì)誤差為0．004 4°。并且系統(tǒng)集成度較高，體積小，成本低，可以滿足地質(zhì)石油勘探、設(shè)備安裝、道路橋梁建設(shè)等工程應(yīng)用以及機(jī)器人控制、坦克和艦船火炮平臺(tái)控制、飛機(jī)姿態(tài)控制等系統(tǒng)的自動(dòng)水平調(diào)節(jié)應(yīng)用。
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