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双轴倾角传感器示值误差检测方法

来源:陕西省计量科学研究院 时间:2023-10-17 16:40:35

        一、双轴倾角传感器工作原理

   倾角传感器经常用于系统的水平角度变化测量,作为一种检测工具,它已成为航空航海、土木工程、石油钻井、工业自动化、机械加工等领域不可缺少的重要测量工具。用它可测量被测平面相对于水平位置的倾斜度、两部件相互之间的平行度和垂直度等。

        随着硅微机械传感器测量(MEMS)技术的发展,采用MEMS技术、数字输出的双轴倾角传感器使用逐渐增多。双轴倾角传感器(见图1)用于各种角度的测量。例如,高精度激光仪器的水平度、工程机械设备调平、远距离测距仪器、高空平台安全保护、定向卫星通信天线的俯仰角测量、船舶航行姿态测量、盾构顶管应用、大坝检测、火炮炮管初射角度测量、雷达车辆平台检测、卫星通信车姿态检测等。当倾角传感器静止时,也就是侧面和垂直方向没有加速度作用,那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角。一般意义上的倾角传感器是静态测量或者准静态测量,一旦有外界加速度,那么加速度芯片测出的加速度就包含外界加速度,故计算出来的角度就不准确。因此,双轴倾角传感器采用高端MEMS技术,传感器内部采用高分辨力差分数模转换器,内置自动补偿和滤波算法,很大程度减小了环境变化引起的误差。把静态重力场的变化转换成倾角变化,通过数字方式直接输出当前的横滚角和俯仰角的角度值。因此,传感器的示值误差需要进行检测,保证其量值传递可靠。

         倾角传感器结构

        图1 倾角传感器结构

        二、检测方法

        根据双轴倾角传感器的原理分析,对双轴倾角传感器的校准方法设计如下,用角度转台校准装置参照JJF 1352-2012《角位移传感器校准规范》来校准双轴倾角传感器X轴示值误差、Y轴示值误差。标准器角度转台是英国某公司生产,分辨力为0.1″,准确度等级为2″,量值溯源到中国计量科学研究院。以德克西尔公司的双轴倾角传感器为例,见图2。

双轴倾角传感器

        图2 双轴倾角传感器

        转动角度转台产生0~360°任意标准角度角值,由转台数显装置读出,被测双轴倾角传感器接通稳压直流电源,通过PC终端串口助手或者数字方式直接显示角度值。传感器的安装面与被测量面固定必须紧密、平整、稳定,根据安装示意图(图3)进行安装。通过定做专用夹具、压板将双轴倾角传感器按照X轴和Y轴正确安装。分别进行测量得出X轴和Y轴的示值误差,见表1。

         倾角传感器安装示意图

        图3 安装示意图

         倾角传感器Y轴示值误差
表1 Y轴示值误差

        传感器轴线与被测量轴线必须平行,两轴线尽可能不要产生夹角,安装错误示例如图4所示。

         倾角传感器安装错误示例

        图4 安装错误示例

        该双轴倾角传感器测量范围为±30°,准确度0.005°,示值误差满足JJF 1352-2012的要求。

        三、结语

        本文分析了双轴倾角传感器的原理,利用现有的角度转台校准装置设计了此类传感器的校准方法,检测出其示值误差,保证了该传感器的量值传递的准确性。

         

        


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