基于兩軸角傳感器的機動測控裝備自動調平系統

0 引言
現代靶場擁有大量機動測控裝備，每次轉場后都需要對裝備平臺進行調平。傳統的調平系統采用手動調平結構，費時費力，已嚴重影響裝備機動性能的發揮和任務的完成效率。自動調平系統相對人工調平系統具有調平時間短、調平精度高、可靠性高等優點。本設計以XWQj02-001型號的傾角傳感器內置的2個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開發Windows環境下的串行口通信程序來實現微機與傾角傳感器的通信，實現機動測控裝備平臺的高速、高精度調平。

1 XWQJ02-001簡介
1．1 產品特點
XWQJ02-001是兩軸可編程加速度計方式傾角傳感器，基于ADI(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，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，經實際測量得知在-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°。產品具有5階濾波器，用戶根據需要設置，平衡選擇傾角精度和傾角響應速度的關系。
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，在一個硅片上包含了一個多晶體硅表面為機械傳感器和信號處理電路，實現了開環加速度測量結構。可以測量動態加速度和靜態加速度，其量程范圍為±1．2 g，輸出為周期可調的占空比調制信號，無需經過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，無需外部的溫度補償電路，具有測量精度高、功耗低、價格低等特點，適用于較高精度的測量系統。
ADXL213輸出的時周期可調的與加速度成比例的脈寬調制信號。用戶通過外加電容Cx、Cy定低通濾波器的帶寬，可以提高測量分辨率、抑制噪聲。
傳感器單元是差動電容器，其輸出與加速度成正比。加速度計的性能依賴于傳感器的結構設計。差動電容由懸臂梁構成，懸臂梁由電容電極副構成如圖1中所示。每個指狀電極的電容正比例于固定電極和移動電極之間的重疊面積以及移動電極的位移，在不同的傾斜面上得到的差動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(在標定的時候需要進行非線性補償和溫度補償)。則按照下面公式即可計算出傾角大小：

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 產品應用
該產品用于測量多種需要測量傾斜變化的工業應用設備，民用領域如：工廠機床、運動完全監視器、汽車輪位對準裝置、橋梁傾斜監測、大壩邊形長期檢測、平臺水平度監測。軍用領域如：衛星天線穩定系統、火炮炮管初射角度測量、雷達車輛平臺檢測等。