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基于三轴加速度计的倾斜角传感器的研究与设计

发布时间:2020-07-21 18:42:08 阅读: 来源:粉碎机厂家

0 引言 在很多运用场合,都必须弄清楚装备对于重力场是水平的还是垂直的,与水平面呈多大角度。在许多国家有这样的规定,升降机和起重机上都必须要有倾斜监控。对于倾斜监控在人类交通工具上尤为重要。离轨列车需要倾斜信息来避免事故发生,或保持某些重要部件在某一确定角度。一些交通工具,例如自倾斜火车需要倾斜角来补偿离心力。有时需要用倾斜计来保持平台的水平,或者一定角度,倾斜角传感器的研究极为重要。传感器的微型化、智能化已成为传感器发展的趋势,基于MEMS技术的全固态微传感器的研究已成为传感器研究的一个重要方面,实际应用中的倾斜角传感器包括,液态倾斜角传感器,气体倾斜角传感器,固态倾斜角传感器,光学倾斜角传感器,与液态倾斜角传感器相比,固态倾斜角传感器具有结构简单,可重复性强,反应快的优点,与光学倾斜角传感器相比,固态倾斜角传感器具有适应性强,价格便宜的优势。 由加速度传感器测量倾斜角的途径很多,文献中提出了一种基于两轴加速度传感器ADXL213的倾角测量装置,实现了全摆幅高精度测量,并能在运动车辆中抵消前进方向加速度,实现运动中单方向高精度测量。文献中同样运用两轴压力传感器实现单方向全摆幅倾角测量文献。文献中运用两轴加速度传感器ADXL202实现了全方位,45°摆幅内低误差倾斜角测量。文献中运用液态两轴倾斜角传感器实现全方位、低摆幅、高精度倾斜角传感器。单轴加速度传感器只能实现单方向,低摆幅倾斜角测量,两轴倾斜角传感器,方向和摆幅不能兼顾。本文将讨论采用三轴微加速度传感器实现智能化倾斜角传感器方法。l 倾斜角测量原理 对于轴加速度传感器,当它的传感方向和重力加速度方向一致时,假如此时为零倾斜角度,设加速度传感器测量结果为F(θ),θ为倾斜角度,g为重力加速度,如图l所示。

本文引用地址: 所以当倾斜角θ太小时,测量的分辨率就会太小,当角度足够大时精度才会上升。所以对一轴倾斜角传感器的运用是:把它的传感方向与重力加速度方向垂直时的状态设为零倾斜角度,文献运用此方法测量倾斜角,如图2所示,此时: 此时倾斜角度小时测量精度高,而对于一轴加速度传感器而言,只能测一个方向的倾斜角。所以用一个两轴加速度传感器,两个传感方向皆垂直于重力加速度,当两轴倾斜角倾斜时,加速度传感器测量结果为: 如何利用θx,θy求出倾斜角θ。首先定义两组三轴向量:[x,y,z]为参考O倾斜向量,[u,v,r]为倾斜后的向量。如图3所示,设向量[z,y,z]先绕y轴倾斜,再绕x轴倾斜,所以从[x,y,z]到[u,v,r]的转换为: 设x,y为水平方向,z为垂直方向。(x,y,z)=(0,0,1)于是便有: 此时u=kF(θx)=kgsinθx,v=kF(θy)=kgsinθy,所以: 而传感器实际倾斜角为: 所以只要得出两轴加速度传感器测量结果F(θx)和F(θy)就可以计算出θx和θy,进而知道总的倾斜度。

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