水平度測量傳感器.doc

水平度測量傳感器 滕琳雅 0912030407 一 1.系統(tǒng)中運用的傳感器：重力傳感器。2.加速度（重力）傳感器測量原理：I.工作原理： 電容式傳感器結(jié)構如圖1所示，圖(a)為水平放置，圖（b）為實用的加速度傳感器的等效電路。加速度傳感器將兩塊質(zhì)量塊放在一個橫梁上，橫梁與腔體的上下外殼組成兩個電容，水平放置時由于重力作用，則感應的信號有差，傳感器輸出有信號。垂直放置時，兩個質(zhì)量塊都處于在腔體中央，兩個電容的容值相同，感應信號相同，傳感器輸出為0.當放置的傾斜角不同，傳感器的輸出信號大小也不同，因此，加速度傳感器可用于平面的傾斜角測量。橫梁質(zhì)量塊（a）水平放置狀態(tài)（b）垂直放置狀態(tài)圖1 加速度傳感器原理圖 II.測角原理 利用加速度傳感器測量平臺傾斜角時，應將加速度傳感器放置在所測平臺上，如圖2所示，其中y是平臺沿某一方向的傾斜角。加速度傳感器的質(zhì)量塊受重力加速度g在傾斜面上的分量g1（g1=g*sinr）的作用而產(chǎn)生偏移，加速度傳感器即有信號輸出，輸出量是傾斜角y的函數(shù)。如果加速度傳感器輸出與所受到的等效重力加速度成一定線性關系，即： V=k*g*sinr只要確定系數(shù)k，即可測出平面某一方向上的傾斜角。如果將兩個加速度傳感器正交放置在平臺中心，則平臺其實零位垂直方向角y（x）和平臺起始零位傾斜角y(y)為： y(x)=1/sin(Vx/k*g) y(y)=1/sin(Vy/k*g)再根據(jù)這兩個方向的傾斜角即可解算出平臺的傾角和傾角所在方位。 g(r)g(q)gr圖2 靜止平臺傾角為r時的受力分析III傾斜角測量的數(shù)學模型社平臺傾斜角度為r，則傾斜后的平臺在水平面上的投影是一個橢圓，橢圓的長軸為R，短軸為R*cosr,短軸的方向是平臺傾斜的方向，如圖3所示。由于旋轉(zhuǎn)平臺工作時水平傾角非常小，可以認為兩個傳感器的防止方向投影后依然正交。在假設正交的兩個傳感器中的一個一個的放置方向與平臺的其實方位O重合，平臺的傾斜方向即起始方位的角度為t，橢圓上兩個傳感器方向上的點到中心的距離分別為R*cosr(x),R*cosr(y),而橢圓的方程 X=R*sint Y=R*cosr*cost只要測出兩個正交方向的傾斜角，就可以得到整個平臺的傾斜角和傾斜角方位。R*cosr(x)R*cosr(y)yx圖3 平臺傾斜方向任意時測量示意圖tyx傳感器1傳感器2圖4 加速度傳感器的放置IV具體分析平臺在旋轉(zhuǎn)過程中，對加速度傳感器1的影響除了傾角r，還有平臺旋轉(zhuǎn)的離心加速度a,平臺在徑向和軸向的振動加速度a(x),a(y),如圖5所示。即傳感器1的輸出V1是r(y),a,a(x),a(y)的函數(shù)： V1=k1*(g*sinr(y)+a(x)*cosr(y)+a(y)*sinr(y)+a*cosr(y)其中V1為傳感器1的輸出量，k1為傳感器1的線性系數(shù)，a為離心加速度，r為傳感器距離旋轉(zhuǎn)中心的距離，a（x）為平臺軸向振動加速度，r（y）為平臺起始零位傾斜角。由于r(y)很小，公式可以簡化為： V1=k1*(g*r(y)+a(x)+a(y)*r(y)+a) r(y)=(V1/k1-a(x)-a)/(g+a(y)對加速度傳感器2的影響除了傾角r(x)外，還有平臺旋轉(zhuǎn)的切向加速度a(q),平臺在徑向和軸向的振動加速度a(x),a(y),即傳感器2的輸出V2是a(x),a(y),r(x),a(q)的函數(shù)： V2=k2*(g*sinr(x)+a(x)*cosr(x)+a(y)*sinr(x)+a(q)*cosr(x)對加速度傳感器2的輸出量，k2位傳感器2的線性系數(shù)，a(q)是切向加速度，如r為傳感器距旋轉(zhuǎn)中心的距離，a(x)為平臺水平振動加速度，a(y)為平臺垂直振動加速度，r(x)為平臺起始零點位垂直方向傾斜角。同理V2可以簡化為： V2=k2*(g*r(x)+a(x)+a(y)*r (x)+a(q) r(x)=(V2/k2-a(x)-a(q)/(g+a(y)只要采集到某一時刻或者方位兩個加速度傳感器輸出的同時，測出a,a(q),a(x),a(y)的值，就可以確定該時刻或者方位的平臺傾斜角r和傾斜角所在方位t。軸向振動加速度離心加速度Y徑向振動加速度x圖5 受力分析二1.系統(tǒng)功能特點：在現(xiàn)在生活和科學研究中我們時常要對一個物體進行水平度的測量。比如在我們平時試驗中就要求實驗平臺完全水平，或者是在輪船航海中對船身的水平位置的測量都需要運用到這一技術。傳統(tǒng)的檢查與規(guī)正是利用光學象限儀進行平臺水平度的檢測，由人工讀數(shù)完成，檢測方法繁瑣、讀數(shù)困難、精度難以保證，而且光學象限儀只有在多次多方位測量后方能綜合給出傾斜平臺的傾斜角度。這對檢測平臺或?qū)崟r控制水平的場合是一個致命弱點。而利用重力傳感器水平測量儀可使測量精度達到很高的精度，還可通過預先編程、多個傳感器測量平臺不同方向，一次性得出平臺與基準面之間的面夾角及面夾角的方向。這種測量方法極大的方便了平臺平面的調(diào)整。三傳感器測量電路 ：VR3V(OUT1)R2R1R4VV(OUT2)四1系統(tǒng)中傳感器型號：HT-QJY012主要性能參數(shù)：角度測量范圍：