基于兩軸角傳感器的機動(dòng)測控裝備自動(dòng)調平系統

0 引言
現代靶場(chǎng)擁有大量機動(dòng)測控裝備，每次轉場(chǎng)后都需要對裝備平臺進(jìn)行調平。傳統的調平系統采用手動(dòng)調平結構，費時(shí)費力，已嚴重影響裝備機動(dòng)性能的發(fā)揮和任務(wù)的完成效率。自動(dòng)調平系統相對人工調平系統具有調平時(shí)間短、調平精度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本設計以XWQj02-001型號的傾角傳感器內置的2個(gè)微機械加速度計測量x軸和y軸相對于水平面的夾角，使用Visual C++6．O開(kāi)發(fā)Windows環(huán)境下的串行口通信程序來(lái)實(shí)現微機與傾角傳感器的通信，實(shí)現機動(dòng)測控裝備平臺的高速、高精度調平。

1 XWQJ02-001簡(jiǎn)介
1．1 產(chǎn)品特點(diǎn)
XWQJ02-001是兩軸可編程加速度計方式傾角傳感器，基于A(yíng)DI(analog devices，Inc)公司iMEMS集成微電子機械系統內核，當其處于水平安裝時(shí)，測量范圍是-30°～+30°，測角越是接近水平面其精度越高，可在1～5Hz／s編程設置其輸出頻率，輸出頻率越小其測量精度越高，經(jīng)實(shí)際測量得知在-50°～+5°的測量范圍內以1 Hz／s頻率輸出得到小于O．003°的測量精度，輸出最高分辨率為O．001°。產(chǎn)品具有5階濾波器，用戶(hù)根據需要設置，平衡選擇傾角精度和傾角響應速度的關(guān)系。
傾角大小以數字量方式輸出，接口形式包括RS 232，RS 485，RS 422等多種方式。
封裝外殼的防水等級IP55，抗外界電磁干擾能力強，承受沖擊振動(dòng)能力強。
1．2 工作原理
傳感器的內部核心為ADI公司的微加速度計ADXL213，其內部原理如圖1所示。

該傳感器采用iMEMS技術(shù)，在一個(gè)硅片上包含了一個(gè)多晶體硅表面為機械傳感器和信號處理電路，實(shí)現了開(kāi)環(huán)加速度測量結構?？梢詼y量動(dòng)態(tài)加速度和靜態(tài)加速度，其量程范圍為±1．2 g，輸出為周期可調的占空比調制信號，無(wú)需經(jīng)過(guò)A／D轉換直接與計數器或單片機連接。具有良好的溫度特性，無(wú)需外部的溫度補償電路，具有測量精度高、功耗低、價(jià)格低等特點(diǎn)，適用于較高精度的測量系統。
ADXL213輸出的時(shí)周期可調的與加速度成比例的脈寬調制信號。用戶(hù)通過(guò)外加電容Cx、Cy定低通濾波器的帶寬，可以提高測量分辨率、抑制噪聲。
傳感器單元是差動(dòng)電容器，其輸出與加速度成正比。加速度計的性能依賴(lài)于傳感器的結構設計。差動(dòng)電容由懸臂梁構成，懸臂梁由電容電極副構成如圖1中所示。每個(gè)指狀電極的電容正比例于固定電極和移動(dòng)電極之間的重疊面積以及移動(dòng)電極的位移，在不同的傾斜面上得到的差動(dòng)電容的大小是不一樣的。懸臂梁由多晶硅彈簧支撐，根據放置在傾斜面上得到的差動(dòng)電容的大小按照一定的運算規則得到加速度傳感器x軸、y軸的輸出Ax、Ay加速度信號(在標定的時(shí)候需要進(jìn)行非線(xiàn)性補償和溫度補償)。則按照下面公式即可計算出傾角大?。?br />
式中：θ，γ分別為x，y軸相對于水平面的傾角；g為重力加速度。
1．3 產(chǎn)品應用
該產(chǎn)品用于測量多種需要測量?jì)A斜變化的工業(yè)應用設備，民用領(lǐng)域如：工廠(chǎng)機床、運動(dòng)完全監視器、汽車(chē)輪位對準裝置、橋梁傾斜監測、大壩邊形長(cháng)期檢測、平臺水平度監測。軍用領(lǐng)域如：衛星天線(xiàn)穩定系統、火炮炮管初射角度測量、雷達車(chē)輛平臺檢測等。