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1、第18卷第12期电子设计工程2010年12月Vol.18No.12ElectronicDesignEngineeringDec.2010基于SOC的高精度倾角测量系统的设计11,21余小平,庹先国,王洪辉(1.成都理工大学四川成都610059;2.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059)摘要:为解决自动水平调节系统和工程应用中倾角测量高成本、低精度的问题,提出了一种利用MEMS双轴倾角传感器、信号调理和SOC等电路实现高精度倾角测量的方法,并从传感器信号稳定性处理、温度补偿、信号采集处理、基准源设计和信号曲线拟合方法等多角
2、度实现了倾角的低成本、高精度测量。实验测试表明,系统最大绝对误差小于0.005°,相对误差小于0.02%。关键词:SOC;倾角测量;高精度;信号调理;曲线拟合中图分类号:TH712文献标识码:A文章编号:1674-6236(2010)12-0034-03Designofhigh-accuracytiltanglemeasurementsystembasedonSOCYUXiao-ping1,TUOXian-guo1,2,WANGHong-hui1(1.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,Chi
3、na;2.StateKeyLaboratoryofGeohazardPreventionandGeoenvironmentProtection,Chengdu610059,China)Abstract:Tosolvetheproblemofhigh-cost,low-accuracyinautomaticleveladjustmentsystemandmeasurementoftiltangleinengineeringapplications,thispaperprovidedasolutionwhichachievedhigh-accura
4、cymeasurementoftiltanglebyusingMEMS-baseddualaxistiltsensor,signalconditioningandSOC.Thearticlealsoachievedthehigh-accuracymeasurementsoftiltanglefrommultipleriewpointssuchastiltsensor’ssignalstabilityprocessing,temperaturecompensation,signalacquisitionprocessing,referenceso
5、urcedesignandcurvefitting.Experimentaltestsshowthatthesystemhasamaximumabsoluteerrorwhichislessthan0.005°,andtherelativeerrorislessthan0.02%.Keywords:SOC;measurementoftiltangle;high-accuracy;signalconditioning;curve-fitting在地质石油勘探、设备安装、道路桥梁建设等工程应用以及机器人控制、坦克和舰船火炮平台控制、飞机姿态控制等系
6、统的自动水平调节中,都需要高精度的倾角测量。但高精度的倾角,测量设备通常体积较大,成本高,使许多工程应用受到限制。本文从倾角的高精度测量出发,着重介绍了倾角传感器输出稳定性处理、温度补偿、非线性处理(正弦曲线图1系统硬件组成框图拟合)、信号调理及其测量电路的特殊处理等。Fig.1Blockdiagramofsystemhardwarecomposition分辨率双轴倾角传感器。SCA100T-D01数字输出分辨率为1倾角测量系统的硬件设计0.035°/LSB[1]。模拟输出的分辨率,模拟输出分辨率为0.0025°倾角测量系统硬件部分主要由MEM
7、S传感器(含双轴倾大大高于数字输出的分辨率,故本设计采用其模拟输出。模角传感器和温度传感器)、SOC电路、数据处理及传输和其他拟输出将涉及较为复杂的模拟信号处理,如果模拟信号处理辅助电路等模块组成。倾角测量系统的组成框图如图1所示。不当,系统的分辨率和精度将大打折扣,有时甚至还不如数1.1MEMS倾角传感器接口字输出。采用合理的模拟信号处理电路是保证系统精度的方MEMS倾角传感器采用芬兰VTITechnologies公司的法之一。SCA100T系列中的SCA100T-D01,测量范围为±30°。SCA100T-D01内置温度传感器,可以通过其自
8、带的SPISCA100T系列是采用微机电系统(MEMS)技术制造的一款高数字接口读取温度值,并在处理器中进行相应的温度补偿。这是保证系统精度的又一方法
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