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Jewell公司的LCF-100倾角传感器精度评价

更新时间:2018-10-19 09:41:00点击次数:1455次
倾角传感器的误差包含了灵敏度误差、零点偏置、重复性和温漂重复性,以及横轴误差、输入轴非对准性、非线性、温漂线性度等,有些误差是以通过修正和补偿措施来提高
       美国JEWELL(www.jewellinstruments.com)公司的伺服倾角传感器LCF-100在国内有很多的应用,用户觉得这个传感器很精确。倾角传感器的指标很多,比如温漂,非线性,零偏等,如何去分析这些指标,哪些指标是关键的指标,对此很多用户甚至厂家都不是太清楚,本文将予以详细说明。
LCF-100传感器的精度分析
      LCF-100产品是以力平衡伺服加速度原理来测量倾角的。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。影响LCF-100的测量精度与以下指标密切相关:
      1、灵敏度误差:取决于核心敏感器件的自身特性,但同时与频率响应关联,也称幅频特性。灵敏度是一个传感器精度的基础,灵敏度不高的传感器必然精度差。这是一个判断精度的指标的关键因素。
      2、零点偏置:取决于核心敏感器件的自身特性,是指传感器在没有角度输入的情况下(如绝对水平面),传感器测量输出不为零,该实际输出角度值即为零点偏置。这个指标可以通过校准消除,所以这个指标不是关键指标。
      3、非线性:可以通过后续进行校正,取决于校正点的多少。校正点越多,非线性越好。非线性越好,测量角度越精确,所以这个指标是关键指标。
      4、横轴误差:是指当传感器在垂直于其灵敏轴方向施加一定的加速度或者倾斜一定的角度时耦合到传感器的输出信号上所产生的误差。这是一个关键指标。
      5、输入轴非对准性:是指传感器的实际灵敏轴与底座边沿的夹角。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。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。输入轴不对准一般可以通过校准消除,所以这个指标不是关键指标。
      6、重复性和迟滞性:取决于核心敏感器件的自身特性,不能通过后续修正措施来提高。这是关键指标。
      7、温度对零点和灵敏度的影响:也包含漂移和温度曲线的重复性,该重复性取决于核心敏感器件的自身特性,不能通过后续修正措施来提高。在重复性确定的情况下,可以通过后续进行校正,取决于校正点(角度点和温度点)的多少。校正点越多,温度漂移精度就越好。这也是一个关键指标。
       由此可见,倾角传感器的误差包含了灵敏度误差、零点偏置、重复性和温漂重复性,以及横轴误差、输入轴非对准性、非线性、温漂线性度等,有些误差是以通过修正和补偿措施来提高。

      按照Jewell公司公开的LCF-100的产品性能指标来,进行以下误差计算:


       从上表分析可以看出,当温度恒定,并且其他误差项都经过严格校准时,该倾角传感器可以到达精度0.0028度,这个指标是个相当高的指标水平。这比一般的倾角传感器产品的精度指标要高得多。同时我们看到,如果温度发生变化,由温度变化产生的精度漂移将是一个主要的误差项,所以保持温度的恒定是保证传感器精度的关键。
       我们还需要对可以通过校准消除的误差项进行严格校准,如果校准做得不够好会引起传感器精度迅速恶化,一般需要采取下列措施来进行误差处理:
1.对传感器底面的平面度和平行度进行精密加工;
2.对横轴误差进行软件修正;
3.对非线性进行软件修正;
4.对输入轴非对准造成的误差进行软件修正;
5.进行噪声的滤波处理;
6.减少外界低频震动造成的谐振而影响滤波功能;
7.将温度传感器植入到产品内部,尽可能检测出传感器的实际温度漂移数据;
8.采用高分辨率AD减小量化误差;
9.采用良好的EMC措施,减少外界的电磁干扰;
10.采用高精度的标准设备进行测试标定。
附录一
慧联科技倾角传感器的核心技术优势
       慧联科技倾角传感器具有良好的角度测量性能,创造性地将横轴误差和零点偏置作为测量精度的重要组成部分。(注:其他一般倾角传感器产品仅将非线性作为传感器的测量精度)。慧联倾角传感器将“横轴误差”与“允许输入轴不重合度”实现了组合应用,极大地解决了在任意角度点实现真正准确的倾斜测量:
      1、物体的实际倾斜不可能完全按照严格的X和Y正交轴向发生倾斜,如机械部件的间隙、实际倾斜轴难以确定等因素决定了实际的倾斜角度不在严格的X、Y正交方向上。当X轴向发生倾斜时,如果传感器的横轴误差过大,则会使Y方向的倾斜角度数据发生变化,而实际上,Y轴方向可能没有真正发生倾斜,反之亦然。因此,针对普通的倾角传感器的3~5%的横轴误差,即使线性度再高,其实际的测量精度也将在3~5%左右,而不是线性度数据。
       2、如传感器在实际安装过程中,没有“允许输入轴不重合度”数据,简单的目测是难以获得真正准确的倾斜数据。过大的传感器灵敏轴与实际运动倾斜方向的偏差角度,将会使传感器的输出上额外产生一个“正弦误差”叠加到输出数据上。随着倾斜角度的增大,误差也逐渐增大。
       3. 真正实现全角度范围测量。慧联倾角传感器不存在+-90度误差显著增大问题,可以实现全方位,全姿态精确测量。全测量范围内精度高并且一致性好。
        4. 对倾角传感器实施动态补偿,减小外部加速度对测量的影响,同时不降低测量频率响应,同时实现高速,高精度测量。
慧联公司倾角传感器良好地解决了以上的实际问题,是真正实现高精度倾角测量的产品。
慧联在倾角测量方面的核心技术能力介绍
1、对倾角传感器外壳进行模态测试,并非简单将传感器核心部件安装在任意外壳内封装就成为产品。
2、对倾角传感器PCBA板进行模态测试,从根本上解决振动引起的谐振对传感器滤波的影响。
3、严格按照国内、国际相关标准执行(包括GB、GJB、MIL、IEC、ISO、EN等)进行测试的倾角传感器。
4、多项倾角测量领域内的发明专利、实用新型专利、外观专利与软件著作权。
5、具有自主专利的自动化测试技术倾角传感器,减少人为因素对质量的影响,保持质量的一致性。
6、精度可以达到±5角秒@-40~85℃全温度内的综合精度,12个月的零点稳定性达到±3.6角秒。我们能提供世界上精度最高的倾角传感器,还在进一步提高中。
7、拥有核心研发能力,其中博士三人,硕士5人,可以为客户定制特殊要求的倾角测量产品。

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