水平度测量传感器.doc

水平度测量传感器 滕琳雅 0912030407 一 1.系统中运用的传感器：重力传感器。2.加速度（重力）传感器测量原理：I.工作原理： 电容式传感器结构如图1所示，图(a)为水平放置，图（b）为实用的加速度传感器的等效电路。加速度传感器将两块质量块放在一个横梁上，横梁与腔体的上下外壳组成两个电容，水平放置时由于重力作用，则感应的信号有差，传感器输出有信号。垂直放置时，两个质量块都处于在腔体中央，两个电容的容值相同，感应信号相同，传感器输出为0.当放置的倾斜角不同，传感器的输出信号大小也不同，因此，加速度传感器可用于平面的倾斜角测量。横梁质量块（a）水平放置状态（b）垂直放置状态图1 加速度传感器原理图 II.测角原理 利用加速度传感器测量平台倾斜角时，应将加速度传感器放置在所测平台上，如图2所示，其中y是平台沿某一方向的倾斜角。加速度传感器的质量块受重力加速度g在倾斜面上的分量g1（g1=g*sinr）的作用而产生偏移，加速度传感器即有信号输出，输出量是倾斜角y的函数。如果加速度传感器输出与所受到的等效重力加速度成一定线性关系，即： V=k*g*sinr只要确定系数k，即可测出平面某一方向上的倾斜角。如果将两个加速度传感器正交放置在平台中心，则平台其实零位垂直方向角y（x）和平台起始零位倾斜角y(y)为： y(x)=1/sin(Vx/k*g) y(y)=1/sin(Vy/k*g)再根据这两个方向的倾斜角即可解算出平台的倾角和倾角所在方位。 g(r)g(q)gr图2 静止平台倾角为r时的受力分析III倾斜角测量的数学模型社平台倾斜角度为r，则倾斜后的平台在水平面上的投影是一个椭圆，椭圆的长轴为R，短轴为R*cosr,短轴的方向是平台倾斜的方向，如图3所示。由于旋转平台工作时水平倾角非常小，可以认为两个传感器的防止方向投影后依然正交。在假设正交的两个传感器中的一个一个的放置方向与平台的其实方位O重合，平台的倾斜方向即起始方位的角度为t，椭圆上两个传感器方向上的点到中心的距离分别为R*cosr(x),R*cosr(y),而椭圆的方程 X=R*sint Y=R*cosr*cost只要测出两个正交方向的倾斜角，就可以得到整个平台的倾斜角和倾斜角方位。R*cosr(x)R*cosr(y)yx图3 平台倾斜方向任意时测量示意图tyx传感器1传感器2图4 加速度传感器的放置IV具体分析平台在旋转过程中，对加速度传感器1的影响除了倾角r，还有平台旋转的离心加速度a,平台在径向和轴向的振动加速度a(x),a(y),如图5所示。即传感器1的输出V1是r(y),a,a(x),a(y)的函数： V1=k1*(g*sinr(y)+a(x)*cosr(y)+a(y)*sinr(y)+a*cosr(y)其中V1为传感器1的输出量，k1为传感器1的线性系数，a为离心加速度，r为传感器距离旋转中心的距离，a（x）为平台轴向振动加速度，r（y）为平台起始零位倾斜角。由于r(y)很小，公式可以简化为： V1=k1*(g*r(y)+a(x)+a(y)*r(y)+a) r(y)=(V1/k1-a(x)-a)/(g+a(y)对加速度传感器2的影响除了倾角r(x)外，还有平台旋转的切向加速度a(q),平台在径向和轴向的振动加速度a(x),a(y),即传感器2的输出V2是a(x),a(y),r(x),a(q)的函数： V2=k2*(g*sinr(x)+a(x)*cosr(x)+a(y)*sinr(x)+a(q)*cosr(x)对加速度传感器2的输出量，k2位传感器2的线性系数，a(q)是切向加速度，如r为传感器距旋转中心的距离，a(x)为平台水平振动加速度，a(y)为平台垂直振动加速度，r(x)为平台起始零点位垂直方向倾斜角。同理V2可以简化为： V2=k2*(g*r(x)+a(x)+a(y)*r (x)+a(q) r(x)=(V2/k2-a(x)-a(q)/(g+a(y)只要采集到某一时刻或者方位两个加速度传感器输出的同时，测出a,a(q),a(x),a(y)的值，就可以确定该时刻或者方位的平台倾斜角r和倾斜角所在方位t。轴向振动加速度离心加速度Y径向振动加速度x图5 受力分析二1.系统功能特点：在现在生活和科学研究中我们时常要对一个物体进行水平度的测量。比如在我们平时试验中就要求实验平台完全水平，或者是在轮船航海中对船身的水平位置的测量都需要运用到这一技术。传统的检查与规正是利用光学象限仪进行平台水平度的检测，由人工读数完成，检测方法繁琐、读数困难、精度难以保证，而且光学象限仪只有在多次多方位测量后方能综合给出倾斜平台的倾斜角度。这对检测平台或实时控制水平的场合是一个致命弱点。而利用重力传感器水平测量仪可使测量精度达到很高的精度，还可通过预先编程、多个传感器测量平台不同方向，一次性得出平台与基准面之间的面夹角及面夹角的方向。这种测量方法极大的方便了平台平面的调整。三传感器测量电路 ：VR3V(OUT1)R2R1R4VV(OUT2)四1系统中传感器型号：HT-QJY012主要性能参数：角度测量范围：