一篇關(guān)于傾角傳感器的性能精度的理解文章

傾角傳感器作為測(cè)量物體相對(duì)海平面的角度測(cè)量設(shè)備從傳統(tǒng)的水泡式水平儀，到當(dāng)前的基于加速度原理或電解液原理以及液體電容原理等已經(jīng)發(fā)展非常成熟，產(chǎn)品精度不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸廣泛和專業(yè)制造廠家也非常多。但市場(chǎng)上多數(shù)傾角傳感器對(duì)精度的描述，顯得含糊不清或者存在一定偏差。

一般地說按照計(jì)量法和相關(guān)國(guó)家/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)精度的描述有總體性和確定性的描述，但這些描述具有普遍性，是否適合于傾角傳感器領(lǐng)域值得商榷。我們可以在市場(chǎng)上隨處獲得各種不同傾角傳感器產(chǎn)品或供應(yīng)商對(duì)精度的描述，大多數(shù)是將傾角傳感器的非線性作為傳感器的測(cè)量精度，這樣做是存在一些偏差的。

首先我們需要分析影響傾角傳感器測(cè)量精度的因素有哪些，再討論如何確定傾角傳感器的精度的定義。 以加速度原理的傾角傳感器為例它是測(cè)量重力加速度在加速度傳感器敏感軸上的分量轉(zhuǎn)換成角度數(shù)據(jù)，即傾角值與加速度值成正弦關(guān)系。這個(gè)原理在很多文獻(xiàn)以及產(chǎn)品說明中給予了充分的說明。

影響傾角傳感器的測(cè)量精度與以下指標(biāo)密切相關(guān)：靈敏度誤差——取決于核心敏感器件的自身特性，但同時(shí)與頻率響應(yīng)關(guān)聯(lián)，也稱幅頻特性。經(jīng)過實(shí)際的測(cè)試，對(duì)靈敏度的影響很小，可以忽略不計(jì)。

零點(diǎn)偏置——取決于核心敏感器件的自身特性，是指?jìng)鞲衅髟跊]有角度輸入的情況下（如絕對(duì)水平面），傳感器測(cè)量輸出不為零，該實(shí)際輸出角度值即為零點(diǎn)偏置。這個(gè)指標(biāo)跟傳感器是否能置零沒有任何關(guān)系非線性——可以通過后續(xù)進(jìn)行校正，取決于校正點(diǎn)的多少。校正點(diǎn)越多，非線性越好。

橫軸誤差——是指當(dāng)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(shí)耦合到傳感 器的輸出信號(hào)上所產(chǎn)生的誤差。如對(duì)于測(cè)量范圍為±30°的單軸（假定X方向?yàn)閮A角測(cè)量方向）傾角傳感器，在空間垂直于X方向發(fā)生10°的傾斜時(shí)（此時(shí)實(shí)際被測(cè)量的X方向的傾斜角度保持不變，如為+8.505°），傳感器的輸出信號(hào)會(huì)因?yàn)檫@個(gè)10°的傾斜而產(chǎn)生額外誤差，這個(gè)誤差稱為橫軸誤差。

這個(gè)額外的誤差因不同的產(chǎn)品而定。當(dāng)傾角傳感器的橫軸誤差為3%FS，產(chǎn)生的額外誤差為3%×30°=0.9°，而傳感器實(shí)際輸出的角度簡(jiǎn)單估算為9.405°（=8.505°+0.9°）。此時(shí)，即使傾角傳感器的非線性誤差達(dá)到0.001°，相對(duì)橫軸誤差而言，這個(gè)非線性誤差可以忽略不計(jì)，也就是說，作為傾角傳感器的測(cè)量精度，不能不將橫軸誤差計(jì)算在內(nèi)，否則將引起很大的測(cè)量錯(cuò)誤。

允許輸入軸不重合度——是指?jìng)鞲衅髟趯?shí)際安裝過程中，允許傳感器的水平（Z方向）安裝偏差，該指標(biāo)實(shí)際包含了輸入軸非對(duì)準(zhǔn)性、垂直軸非對(duì)準(zhǔn)性兩個(gè)方面的誤差。一般地，傾角傳感器在安裝時(shí)要求傾斜方向與傳感器的指定邊沿保持平行或者重合，該指標(biāo)表示可以允許有一定的安裝角度偏差而不影響傳感器的測(cè)量精度。

當(dāng)傾角傳感器自身的靈敏軸與實(shí)際的傾斜方向不重合時(shí)，隨傾斜的角度增大，產(chǎn)生的額外誤差呈正弦變化。實(shí)際測(cè)試表明，當(dāng)傾角傳感器自身的靈敏軸與實(shí)際的傾斜方向的夾角超過3°，對(duì)于±30°量程±0.01°線性誤差的傾角傳感器，所產(chǎn)生的額外誤差會(huì)達(dá)到±0.3~0.5°，也遠(yuǎn)大于非線性誤差。

重復(fù)測(cè)量精度——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。溫度對(duì)零點(diǎn)和靈敏度的影響——也包含漂移和溫度曲線的重復(fù)性，該重復(fù)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(fù)性確定的情況下，可以通過后續(xù)進(jìn)行校正，取決于校正點(diǎn)（角度點(diǎn)和溫度點(diǎn)）的多少。校正點(diǎn)越多，溫度漂移精度就越好。

由此可見，傾角傳感器的系統(tǒng)誤差包含了靈敏度誤差、零點(diǎn)偏置、重復(fù)性和溫漂的重復(fù)性，不能進(jìn)行修正和補(bǔ)償；隨機(jī)誤差則包含了橫軸誤差、輸入軸非對(duì)準(zhǔn)性、非線性、溫漂線性度，可以通過修正和補(bǔ)償措施來提高。而傾角傳感器的分辨率則與精度沒有任何關(guān)系，所以不能計(jì)入到精度指標(biāo)內(nèi)。

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