旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下動態(tài)傾角測量系統(tǒng)設(shè)計

1、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下動態(tài)傾動態(tài)傾角測量系量系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)設(shè)計時間：2009021615:52:02來源：傳感器與微系統(tǒng)作者：0引言基于MEMS加速度計的傾角測量模塊具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、抗沖擊、可靠性高等優(yōu)點。對有加速度干擾下的傾角測量存在較大誤差，本文圍繞這一誤差產(chǎn)生的來源和去除這種誤差的方法進行了研究。旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的傾角測量屬于有加速度干擾的動態(tài)傾斜角度測量的一種。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，但卻相對于該參

2、考系靜止，沒有加速度，不符合牛頓第一定律。所以，相對于慣性系作勻速轉(zhuǎn)動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)下影響被測對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種不同的實現(xiàn)方案，并比較了各自的優(yōu)缺點。1動態(tài)傾角測量系統(tǒng)的構(gòu)建1.1單軸／雙軸加速度計和直流電機方案如圖1所示，V1為雙

3、軸加速度計，V2為單軸加速度計。V1為直流電機的負載，通過控制算法使AY的輸出值始終向1.0gn無限靠近(與重力加速度同向)，此時，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)點就在于理論上簡單，易于理解，對數(shù)據(jù)處理算法要求不高。但這種方法由于使用電機驅(qū)動，會增大功耗；由于需要編寫控制算法或使用專門的控制單元，會增大系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的復(fù)雜性以及硬件開發(fā)成本，不易滿足實時性要求，總體可行性不強。1.22只單軸加速

4、度計方案如圖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)測量時AX=gsinθ如圖3所示，靜態(tài)測量時此方案運用1只雙軸加速度計，相對于2只單軸加速度計方案，克服了不利于硬件制作小型化的缺點；但此方案的缺點在于可能使加速度計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較差的區(qū)間)，會使該系統(tǒng)在整個量程范圍(15θ15，ω≤1