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《用加速度传感器测量位移的原理与误差分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第28卷第5期华中理工大学学报Vol.28No.52000年5月J.HuazhongUniv.ofSci.&Tech.May2000用加速度传感器测量位移的原理与误差分析容太平沈承虎袁中平许松梅华中理工大学电子与信息工程系湖北沙洋仪表厂)摘要:给出了将加速度传感器用于示功仪中测量位移的原理和计算方法,用这种算法可实现加速度的动态零点校正和确定积分边界条件,并对影响位移测量精度的各种因素作了定量分析,试验结果表明,这种测量方法是有效的.关键词:传感器;加速度
2、;位移;示功仪中图分类号:TM938.82文献标识码:A文章编号:10008616(2000)05005803加速度的二重积分就是位移,因此利用加速常数.作零点校正一般采用测量前先存储零点值,度传感器可以测量位移.国外已经研制出采用加计算时将测量值减去零点值的方法.这里根据抽速度传感器的示功仪,而国内目前还没有此类产油杆运动周期性的特点,提出一种简单方便的方[1,2]品面市.为此,根据抽油杆运动具有周期性的法,用这种方法可以实现加速度传感器的动态零特点,解决了加速度积分中零点校正和边界条件点校正.确定的问题,选用AD公司的加
3、速度传感器抽油杆加速度、速度和位移都是周期性的.由ADXL05,研制了用加速度传感器测量位移的示于加速度传感器的输出采用了零点校正,因而只功仪,经现场试验表明,这种测量方法是切实可行需考虑抽油杆运动的加速度a(t).对a(t)积分的.得抽油杆运动的速度tv(t)=v(0)+a()d.1位移测量的原理0考虑抽油杆上下作周期性运动的特点,若将ADXL05是一种差容式伺服加速度传感器,v(0)看成下始点的初始速度,则v(0)=0.于是t它采用先进的集成电路表面加工技术,将敏感元v(t)=a()d.同样,位移可以通过对速度积0件和信
4、号调理电路集成在单片集成电路上,组成t[3]一个完整的加速度测量系统.安装时使加速度分得到,即d(t)=d(0)+v()d.若将下始0传感器的敏感方向与抽油杆运动的方向平行,由点的位移d(0)作为参考点,则抽油杆上下作周于重力加速度g的作用,当加速度传感器不运动t时,其输出为1g,即传感器的零点偏置不是0,因期性运动的相对位移dr(t)=v()d.0此,调节零点偏置电平采用了参考源分压的方式.用加速度传感器测量位移的算法可简要表述抽油杆运动时,其加速度的范围为0.4g,实际为:将一个周期的加速度的测量值减去其平均值,加速度输出的
5、动态范围为0.6g~1.4g,取输出令边界条件为零,对修正后的加速度积分得到速放大器的增益为30,调节分压电位器使零点偏置度.将所求速度减去其平均值,令边界条件为零,输出为2.5V,则传感器的输出电压范围是0.1~对修正后的速度积分即得到相对位移.4.9V.抽油杆运动的频率在0.3Hz以下,加速度传感器的输出可直接输入A/D转换器进行变换.2位移测量的误差分析设a(t),v(t),d(t)和T分别为抽油杆运动的加速度、速度、位移和周期,g(t)为重力加用加速度传感器测量位移的精度与加速度传速度.抽油杆上下运动时,加速度传感器的输出感器的增益
6、、安装位置、分辨率、周期测量值的误为:A(t)=a(t)+g(t).g(t)变化很小,可看作差以及噪声干扰都有关,下面分别对一些主要因收稿日期:19990722.作者简介:容太平(1945),男,教授;武汉,华中理工大学电子与信息工程系(430074).第5期容太平等:用加速度传感器测量位移的原理与误差分析59[4]素所产生的位移误差作定量分析.相对误差为ed,在周期测量误差为0.2%~5%2.1安装位置时,对位移的测量误差作了模拟,其结果如表2当加速度传感器的敏感方向和抽油杆运动的所示.
7、方向平行时,其输出和抽油杆运动的加速度相等,表2周期测量误差与位移测量误差关系(%)当两者方向不平行而存在夹角时,其输出与抽etedeted油杆运动的加速度不相等,是抽油杆运动加速度512.212.4在加速度传感器敏感方向上的正交分量.若抽油49.80.81.9杆运动的加速度为a(t),则加速度传感器的输出37.40.61.524.90.41.0为a(t)cos,因此,由加速度传感器安装位置产1.53.70.20.5生的相对误差er=cos-1.由此可知,由加速度由表2可以看出et与ed的定量关系,大致传感器安装位置引起的误差均为
8、负值.要使由安可表示为ed2.4et.要使因周期测量误差所产生装位置产生的位移测量误差不超过1%,加速度的位移测量误差小于1%,周期的测量误差不能传感器敏感方向偏
