基于SOC的高精度傾角測量系統(tǒng)的設計
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2．3 曲線擬合
由于SCA100T系列傳感器輸出與傾斜角度存在非線性關系(非線性誤差在測量范圍內(nèi)為0.11°)，這樣不利于分析處理測量結(jié)果。因此必須采取相應的線性化措施，以補償傳感器引入的非線性。傳統(tǒng)方法中多數(shù)采用硬件方法，實現(xiàn)方法比較復雜，且穩(wěn)定性和可靠性難以控制。
由于SCA100T系列傳感器的非線性特性是已知的，則可以利用相應的校正函數(shù)進行補償。由于微處理器具有很強的函數(shù)運算與數(shù)據(jù)處理能力，用編程的方法可以很容易實現(xiàn)所需的校正函數(shù)。本設計采用SOC通過軟件編程的方法修正非線性。
在設計時，將SCA100T-D01傳感器的測量范圍進行進一步細分，如將傾角為3°的這段曲線劃分為2．5°～3．5°，并將擬合曲線修改為下式：
式中，XIN為模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出值經(jīng)內(nèi)部SINC3濾波器濾波后得到的采樣值，TER為SCA100T傳感器的實時溫度補償值，PI為圓周率。
上式既修正了傳感器輸出的非線性，又修正了溫度對傳感器的影響。
3 實測數(shù)據(jù)
該傾角測量系統(tǒng)在MC019-JJ2數(shù)字式2光學分度頭標準儀器上進行了分度和性能測試。MC019-JJ2數(shù)字式2光學分度頭是一種對裝夾在其主軸上的工件進行角度分度或進行角度檢驗的精密光學計量儀器，其顯示當量為1。測試數(shù)據(jù)如表2所示。本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/162331.htm
從表2的測試數(shù)據(jù)可知，每個測試點的偏差有正有負，其主要原因在于這些測試點的曲線擬合是獨立的，互不影響。另外，在30°時絕對誤差最大，最大的絕對誤差為0．0044°，在1°時相對誤差最大，為0．001 8／1≈0．018％。
4 結(jié)束語
本文采用MEMS傾角傳感器SCA100T的模擬接口為輸出，采用其數(shù)字接口實現(xiàn)溫度補償，同時采用基準源和運放驅(qū)動作為傳感器的電源，提高了傳感器輸出的精度和穩(wěn)定性；信號處理時，采用低漂移運放處理電路和差分模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，有效提高了信號的信噪比和共模抑制比；采用正弦曲線擬合，有效改善了信號輸出的線性度。經(jīng)過以上多方面信號處理和優(yōu)化，在測量范圍內(nèi)系統(tǒng)最大絕對誤差為0．004 4°。并且系統(tǒng)集成度較高，體積小，成本低，可以滿足地質(zhì)石油勘探、設備安裝、道路橋梁建設等工程應用以及機器人控制、坦克和艦船火炮平臺控制、飛機姿態(tài)控制等系統(tǒng)的自動水平調(diào)節(jié)應用。
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