数字倾角仪的非线性补偿及抗干扰技术.pdf

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1、20l3年仪表技术与传感器2O13第5期InstrumentTechniqueandSensorNo．5数字倾角仪的非线性补偿及抗干扰技术樊锐，史磊(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：针对某高架平台对倾角仪测量精度高、数据传输距离长、抗干扰能力强的使用要求，研究了Accustar串行式倾角仪的传感器特性、硬件连接和数据采集方式。通过实验标定获取数据对倾角仪非线性误差进行了软件补偿，并为长线传输设计了隔离驱动电路。实际应用证明：补偿后倾角仪非线性误差从0．9％下降到0．1％，平台在较强电磁干扰的环境下仍满足±0．05。的定位精度要求。关键词：倾角仪；数据

2、采集；非线性误差；电磁干扰中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)05—0036—02NonlinearErrorCompensationandAnti-jammingTechniqueofDigitalClinometerFANRui，SHILei(SchoolofMechanicalEngineering&Automation，BeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Aimedattherequirementthattheclinometerforaelevatedplafminshou

3、ldhavehigh—precision．1ongdata—iransmit—tingdistanceandanti-jammingcapability，thesensorfeatures，hardwareconnectionanddataacquisitionoftheserialoutputaccustarclinometerwereintroduced．Nonlinearerrorwascalibratedthroughexperimentsandcompensatedbysoftware，andisolatingdrivecircuitwasdesignedforlong

4、-distancedatatransmission．Inpracticalapplication．thenonlinearerrordecreasesfrom0．9％to0．1％aftercompensationandtheplatformcanmeettherequirementforpositioningaccuracyof±0．05。inbadEMIenvironment．Keywords：elinometer；dataacquisition；nonlinearerror；electromagneticinterference(EMI)0引言倾角仪是一种用于测量目标相对于水

5、平面倾斜角度的传感器，在工业自动化、测绘仪器、工程机械、道路桥梁、天线定位、机器人技术等领域都有着广泛的应用⋯。在某室内高架定位平台中，需要用倾角仪将目标平台准确地定位到指定的俯仰角度，倾角仪的精度以及在长线传输中抗干扰的能力对目标平台的定位精度有很大的影响。文中结合使用较广泛的AccuStar数字式倾角仪，针对高架平台的特殊使用环境，介绍了数字倾角仪在数据采集、误差补偿以及数据长线传输等方而存在的问题及解决方案。1传感器特性分析就就／卜广1韪／广奇1／『⋯⋯⋯辑广一AccuStar倾角仪核心部分是一个基于电容原理的敏感器件，当它绕测量轴旋转时，电容线性变化，经数字电路转换成角数

6、据线二二二==⋯=====：度信号后输出E2J．．AccuStar倾角仪输出信号有4种不同的输出形式，其中数字串行输出式更适用于干扰环境和信号长距离传输工况下工作，其主要性能指标见表1。串行输出式倾角仪有3条10接口线，可方便地将数据传送至MCU或Pc机I／O卡进行处理。3条接口线分别为：请求／保持线、就绪／等待线和数据线。其中请求／保持线、就绪／等待线完成与外部设备的信号握手；数据线是在握手结束后向外部没备发送数据位，其数据格式为包含1位方向位和16位角度位在内的17位串行数据，并且每一位数据的传输都要进行一次握手，以此消除数据传输过程中时钟匹配的问题，如图1所收稿日期：201

7、2—06—14收修改稿日期：2013～03—05第5期樊锐等：数字倾角仪的非线性补偿及抗干扰技术373。设置1个标定点，得到差值。考虑到传感器迟滞误差，分为+5V+6V延iGNDGND正向行程(一30。一+30。)和反向行程(+30。一一30。)分别进工USB动I1数据倾角仪控控行标定，部分标定结果见表2。机制I2就绪／等待卡O1请靳保持表2倾角仪正、反行程标定数据表(。)图2倾角仪与运动控制卡硬件连接图低位组成一个完整的二进制角度值，将其转换为十进制数乘以方向位并除以相应的比例