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徕卡NIVEL200精密倾斜仪的倾角传感器的精度理解

发布时间:2019/04/11 丨 文章作者:sbf娱乐手机版 丨 浏览次数:

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首先,我们需要分析影响倾角传感器测量精度的因素有哪些,再讨论如何确定倾角传感器的精度的定义。
以加速度原理的倾角传感器为例。它是测量重力加速度在加速度传感器敏感轴上的分量转换成角度数据,即倾角值与加速度值成正弦关系。这个原理在很多文献以及产品说明中给予了充分的说明。
徕卡NIVEL200精密倾斜仪测量现场
从这个角度上理解,只有具有DC响应的加速度计才能测量倾斜角度。实质上,倾角传感器具有加速度计的属性,因此研究加速度测量过程中产生的误差来源,就可以确定倾角传感器的误差来源。从众多的文献资料中可以发现,加速度计的测量精度与以下指标密切相关:
灵敏度误差、零点偏置、非线性、横轴误差、频率响应、输入轴非对准性、重复测量精度、垂直轴非对准性、温度对零点和灵敏度的影响(含漂移和温度曲线的重复性)、噪声与噪声密度等。
不难发现,重复测量精度难于补偿,取决于核心敏感器件的自身特性;温度曲线的重复性也取决于核心敏感器件的自身特性,难以通过补偿来提高;灵敏度误差也取决于核心敏感器件的自身特性,但同时与频率响应关联;噪声与噪声密度可以通过后续电路进行硬件滤波或软件滤波等方式降低;由于用来作为倾角传感器的加速度计的频率响应一般在30Hz左右,经过实际的测试,对灵敏度的影响很小,可以忽略不计。
 
由此可见,作为倾角传感器的核心敏感部件的加速度计,其横轴误差、输入轴非对准性、垂直轴非对准性、非线性需要计入到倾角测量的误差因素内。而不能仅对非线性进行补偿,而作为倾角传感器的测量精度。
允许输入轴不重合度是指传感器在实际安装过程中,允许传感器的水平(Z方向)安装偏差,该指标实际包含了输入轴非对准性、垂直轴非对准性两个方面的误差。一般地,倾角传感器在安装时要求倾斜方向与传感器的指定边沿保持平行或者重合,该指标表示可以允许有一定的安装角度偏差而不影响传感器的测量精度。当倾角传感器自身的灵敏轴与实际的倾斜方向不重合时,随倾斜的角度增大,产生的额外误差呈正弦变化。实际测试表明,当倾角传感器自身的灵敏轴与实际的倾斜方向的夹角超过3°,对于±30°量程±0.01°线性误差的倾角传感器,所产生的额外误差会达到±0.3~0.5°,也远大于非线性误差。
因此,对于倾角传感器而言,其常温测量精度应该包含非线性、重复性、迟滞、零点偏置以及横轴误差,进行误差合成的计算公式为:
Δ=±(非线性2+重复性2+迟滞2+零点偏置2+横轴误差2)1/2
其他工作原理的倾角传感器也应该按照同样的误差计算方法来确定其精度指标,而不能仅将非线性作为精度。
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