旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下動(dòng)態(tài)傾角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下動(dòng)態(tài)傾動(dòng)態(tài)傾角測(cè)量系量系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間：2009021615:52:02來(lái)源：傳感器與微系統(tǒng)作者：0引言基于MEMS加速度計(jì)的傾角測(cè)量模塊具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、抗沖擊、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)有加速度干擾下的傾角測(cè)量存在較大誤差，本文圍繞這一誤差產(chǎn)生的來(lái)源和去除這種誤差的方法進(jìn)行了研究。旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的傾角測(cè)量屬于有加速度干擾的動(dòng)態(tài)傾斜角度測(cè)量的一種。在旋轉(zhuǎn)參考系下，質(zhì)量為m的物體受到指向旋轉(zhuǎn)中心的連接物的牽引力，但卻相對(duì)于該參

2、考系靜止，沒(méi)有加速度，不符合牛頓第一定律。所以，相對(duì)于慣性系作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的參考系也是非慣性系，要在這種參考系中保持牛頓第二定律形式不變，在質(zhì)點(diǎn)靜止于此參考系的情況下，應(yīng)引入離心慣性力，該力與旋轉(zhuǎn)軸垂直。該狀態(tài)下影響被測(cè)對(duì)象傾斜角度正確輸出的加速度正是該力造成的。為了抵消這種在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下由于加速度引起的誤差，本文介紹了5種不同的實(shí)現(xiàn)方案，并比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。1動(dòng)態(tài)傾角測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建1.1單軸／雙軸加速度計(jì)和直流電機(jī)方案如圖1所示，V1為雙

3、軸加速度計(jì)，V2為單軸加速度計(jì)。V1為直流電機(jī)的負(fù)載，通過(guò)控制算法使AY的輸出值始終向1.0gn無(wú)限靠近(與重力加速度同向)，此時(shí)，與AY垂直的AX軸的輸出剛好為向心加速度a。V2的輸出值為此方法最大的優(yōu)點(diǎn)就在于理論上簡(jiǎn)單，易于理解，對(duì)數(shù)據(jù)處理算法要求不高。但這種方法由于使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，會(huì)增大功耗；由于需要編寫(xiě)控制算法或使用專(zhuān)門(mén)的控制單元，會(huì)增大系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的復(fù)雜性以及硬件開(kāi)發(fā)成本，不易滿足實(shí)時(shí)性要求，總體可行性不強(qiáng)。1.22只單軸加速

4、度計(jì)方案如圖2所示，其中，V1與旋轉(zhuǎn)中心的距離為R，V2與旋轉(zhuǎn)中心的距離為Rr，V1與V2的敏感軸在同一直線上。靜態(tài)測(cè)量時(shí)AX=gsinθ如圖3所示，靜態(tài)測(cè)量時(shí)此方案運(yùn)用1只雙軸加速度計(jì)，相對(duì)于2只單軸加速度計(jì)方案，克服了不利于硬件制作小型化的缺點(diǎn)；但此方案的缺點(diǎn)在于可能使加速度計(jì)兩軸工作在輸出特性不同的區(qū)向(例如X軸工作在線性度和分辨力較高的區(qū)間，而Y軸工作在線性度和分辨力相對(duì)較差的區(qū)間)，會(huì)使該系統(tǒng)在整個(gè)量程范圍(15θ15，ω≤1