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Jewell公司的LCF-100傾角傳感器精度評價

更新時間:2018-10-19 09:41:00點擊次數(shù):3579次
傾角傳感器的誤差包含了靈敏度誤差、零點偏置、重復性和溫漂重復性,以及橫軸誤差、輸入軸非對準性、非線性、溫漂線性度等,有些誤差是以通過修正和補償措施來提高
       美國JEWELL(www.jewellinstruments.com)公司的伺服傾角傳感器LCF-100在國內有很多的應用,用戶覺得這個傳感器很精確。傾角傳感器的指標很多,比如溫漂,非線性,零偏等,如何去分析這些指標,哪些指標是關鍵的指標,對此很多用戶甚至廠家都不是太清楚,本文將予以詳細說明。
LCF-100傳感器的精度分析
      LCF-100產品是以力平衡伺服加速度原理來測量傾角的。它是測量重力加速度在加速度傳感器敏感軸上的分量轉換成角度數(shù)據,即傾角值與加速度值成正弦關系。影響LCF-100的測量精度與以下指標密切相關:
      1、靈敏度誤差:取決于核心敏感器件的自身特性,但同時與頻率響應關聯(lián),也稱幅頻特性。靈敏度是一個傳感器精度的基礎,靈敏度不高的傳感器必然精度差。這是一個判斷精度的指標的關鍵因素。
      2、零點偏置:取決于核心敏感器件的自身特性,是指傳感器在沒有角度輸入的情況下(如絕對水平面),傳感器測量輸出不為零,該實際輸出角度值即為零點偏置。這個指標可以通過校準消除,所以這個指標不是關鍵指標。
      3、非線性:可以通過后續(xù)進行校正,取決于校正點的多少。校正點越多,非線性越好。非線性越好,測量角度越精確,所以這個指標是關鍵指標。
      4、橫軸誤差:是指當傳感器在垂直于其靈敏軸方向施加一定的加速度或者傾斜一定的角度時耦合到傳感器的輸出信號上所產生的誤差。這是一個關鍵指標。
      5、輸入軸非對準性:是指傳感器的實際靈敏軸與底座邊沿的夾角。傾角傳感器在安裝時要求傾斜方向與傳感器的指定邊沿保持平行或者重合。當傾角傳感器自身的靈敏軸與實際的傾斜方向不重合時,隨傾斜的角度增大,產生的額外誤差呈正弦變化。輸入軸不對準一般可以通過校準消除,所以這個指標不是關鍵指標。
      6、重復性和遲滯性:取決于核心敏感器件的自身特性,不能通過后續(xù)修正措施來提高。這是關鍵指標。
      7、溫度對零點和靈敏度的影響:也包含漂移和溫度曲線的重復性,該重復性取決于核心敏感器件的自身特性,不能通過后續(xù)修正措施來提高。在重復性確定的情況下,可以通過后續(xù)進行校正,取決于校正點(角度點和溫度點)的多少。校正點越多,溫度漂移精度就越好。這也是一個關鍵指標。
       由此可見,傾角傳感器的誤差包含了靈敏度誤差、零點偏置、重復性和溫漂重復性,以及橫軸誤差、輸入軸非對準性、非線性、溫漂線性度等,有些誤差是以通過修正和補償措施來提高。

      按照Jewell公司公開的LCF-100的產品性能指標來,進行以下誤差計算:


       從上表分析可以看出,當溫度恒定,并且其他誤差項都經過嚴格校準時,該傾角傳感器可以到達精度0.0028度,這個指標是個相當高的指標水平。這比一般的傾角傳感器產品的精度指標要高得多。同時我們看到,如果溫度發(fā)生變化,由溫度變化產生的精度漂移將是一個主要的誤差項,所以保持溫度的恒定是保證傳感器精度的關鍵。
       我們還需要對可以通過校準消除的誤差項進行嚴格校準,如果校準做得不夠好會引起傳感器精度迅速惡化,一般需要采取下列措施來進行誤差處理:
1.對傳感器底面的平面度和平行度進行精密加工;
2.對橫軸誤差進行軟件修正;
3.對非線性進行軟件修正;
4.對輸入軸非對準造成的誤差進行軟件修正;
5.進行噪聲的濾波處理;
6.減少外界低頻震動造成的諧振而影響濾波功能;
7.將溫度傳感器植入到產品內部,盡可能檢測出傳感器的實際溫度漂移數(shù)據;
8.采用高分辨率AD減小量化誤差;
9.采用良好的EMC措施,減少外界的電磁干擾;
10.采用高精度的標準設備進行測試標定。
附錄一
慧聯(lián)科技傾角傳感器的核心技術優(yōu)勢
       慧聯(lián)科技傾角傳感器具有良好的角度測量性能,創(chuàng)造性地將橫軸誤差和零點偏置作為測量精度的重要組成部分。(注:其他一般傾角傳感器產品僅將非線性作為傳感器的測量精度)?;勐?lián)傾角傳感器將“橫軸誤差”與“允許輸入軸不重合度”實現(xiàn)了組合應用,極大地解決了在任意角度點實現(xiàn)真正準確的傾斜測量:
      1、物體的實際傾斜不可能完全按照嚴格的X和Y正交軸向發(fā)生傾斜,如機械部件的間隙、實際傾斜軸難以確定等因素決定了實際的傾斜角度不在嚴格的X、Y正交方向上。當X軸向發(fā)生傾斜時,如果傳感器的橫軸誤差過大,則會使Y方向的傾斜角度數(shù)據發(fā)生變化,而實際上,Y軸方向可能沒有真正發(fā)生傾斜,反之亦然。因此,針對普通的傾角傳感器的3~5%的橫軸誤差,即使線性度再高,其實際的測量精度也將在3~5%左右,而不是線性度數(shù)據。
       2、如傳感器在實際安裝過程中,沒有“允許輸入軸不重合度”數(shù)據,簡單的目測是難以獲得真正準確的傾斜數(shù)據。過大的傳感器靈敏軸與實際運動傾斜方向的偏差角度,將會使傳感器的輸出上額外產生一個“正弦誤差”疊加到輸出數(shù)據上。隨著傾斜角度的增大,誤差也逐漸增大。
       3. 真正實現(xiàn)全角度范圍測量?;勐?lián)傾角傳感器不存在+-90度誤差顯著增大問題,可以實現(xiàn)全方位,全姿態(tài)精確測量。全測量范圍內精度高并且一致性好。
        4. 對傾角傳感器實施動態(tài)補償,減小外部加速度對測量的影響,同時不降低測量頻率響應,同時實現(xiàn)高速,高精度測量。
慧聯(lián)公司傾角傳感器良好地解決了以上的實際問題,是真正實現(xiàn)高精度傾角測量的產品。
慧聯(lián)在傾角測量方面的核心技術能力介紹
1、對傾角傳感器外殼進行模態(tài)測試,并非簡單將傳感器核心部件安裝在任意外殼內封裝就成為產品。
2、對傾角傳感器PCBA板進行模態(tài)測試,從根本上解決振動引起的諧振對傳感器濾波的影響。
3、嚴格按照國內、國際相關標準執(zhí)行(包括GB、GJB、MIL、IEC、ISO、EN等)進行測試的傾角傳感器。
4、多項傾角測量領域內的發(fā)明專利、實用新型專利、外觀專利與軟件著作權。
5、具有自主專利的自動化測試技術傾角傳感器,減少人為因素對質量的影響,保持質量的一致性。
6、精度可以達到±5角秒@-40~85℃全溫度內的綜合精度,12個月的零點穩(wěn)定性達到±3.6角秒。我們能提供世界上精度最高的傾角傳感器,還在進一步提高中。
7、擁有核心研發(fā)能力,其中博士三人,碩士5人,可以為客戶定制特殊要求的傾角測量產品。

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