CN106918721A - 一种校核加速度传感器测位移的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种校核加速度传感器测位移的方法，本方法利用单摆或复摆的原理，在校核过程中，单摆或复摆每个时刻的加速度值可以通过数学方法精确计算，每个时刻的位移也可以通过数学方法精确计算。即初始条件确定时，加速度、速度、位移相对应时间的曲线是精确的可计算曲线。然后通过比较实际测量的曲线，可以不断校核优化计算算法。

Description

一种校核加速度传感器测位移的方法

技术领域

本发明涉及加速度传感器校核技术领域，特别是涉及一种校核加速度传感器测位移的方法。

背景技术

利用加速度传感器可以精确的感应到加速度值，然后经过对加速度值进行2次积分，就可以测量出产生的相对位移值。在利用这种原理测量相对位移的方法中，由于加速度传感器非常精确，而且实际应用过程中会有振动等干扰使加速度传感器产生噪音，一般都需要进行算法处理位移计算过程，以尽量减小最终感测的相对位移值。对于最终是否符合计算精度需求，一般都需要对最终的测量位移值进行校核。

一般的校核方法是需要调制一个特定的加速度，并能准确知道产生的位移与时间的关系。例如，使用步进电机的丝杆产生一个一个加速度，并通过步进电机的编码器确定位移，或者在丝杆上加速距离传感器。这些校核装置成本高，高精度和高加速度的步进电机非常昂贵，控制比较复杂，每个时刻的加速度未知，无法准确校核反馈实际测量的加速度。

发明内容

为此，本发明要解决的技术问题是克服现有加速度传感器在校核过程中存在的上述不足，进而提供一种操作简便、实用，且精度较高的校核加速度传感器测位移的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种校核加速度传感器测位移的方法,其包括如下步骤：

S1：将需要校核的加速度测位移模块固定在摆线末端，使得加速度测位移模块中加速度传感器的中心点位于摆线所在的直线上，使需要校核的加速度传感器的轴线与摆线垂直且朝向单摆中心的方向；

S2：将摆线的上端连接在旋转轮上，并使旋转轮的旋转中心位于摆线所在的直线上；

S3：摆线长度为L(从旋转轮中心到加速度传感器中心的距离)，初始角度为θ₀，当地重力加速度为g，在从初始角度θ₀到角度为0的过程中，时间t与角度θ的关系式为:

S4：根据时间t与角度θ的关系式绘出加速度与时间的第一曲线图，即g·sin(θ₀-θ)与时间t的曲线图；

S5：根据时间t与角度θ的关系式绘出摆过的弧长(即位移)与时间的第二曲线图，即L*θ与时间t的曲线图；

S6：将加速度测位移模块测量出的加速度值与第一曲线图进行比较，将加速度测位移模块测量出的位移与第二曲线图进行比较，即可知道加速度误差和位移计算误差；

S7：通过调整摆长L和初始角度θ₀，绘制出不同校核曲线，以此进行多次校核。

优选的，将整个摆线装置置于真空或无气流扰动的空间内。

优选的，所述旋转轮内设置有用于调整摆线长度的线盘，所述摆线的上段缠绕在线盘上。

优选的，所述摆线为柔性摆线或刚性摆线。

本发明的校核加速度传感器测位移的方法至少具有以下有益效果：

本发明的校核加速度传感器测位移的方法利用单摆或复摆的原理，在校核过程中，单摆或复摆每个时刻的加速度值可以通过数学方法精确计算，每个时刻的位移也可以通过数学方法精确计算。即初始条件确定时，加速度、速度、位移相对应时间的曲线是精确的可计算曲线。然后通过比较实际测量的曲线，可以不断校核优化计算算法。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明的校核加速度传感器测位移的方法采用柔性摆线时的示意图；

图2是本发明的第一曲线图；

图3是本发明的第二曲线图；

图4是本发明的校核加速度传感器测位移的方法采用刚性摆线时的示意图。

图中附图标记表示为：

1-加速度测位移模块；2-摆线；3-旋转轮；4-摆柄。

具体实施方式

参见图1，一种校核加速度传感器测位移的方法，首先将需要校核的加速度测位移模块1固定在摆线2末端，使得加速度测位移模块1中的加速度传感器的中心点位于摆线2所在的直线上，摆线2为柔性摆线，并且使得需要校核的加速度轴与摆线2垂直，且朝向单摆中心的方向。

然后将摆线2的上端绕在旋转轮3上，使得旋转轮3的旋转中心在摆线2所在的直线上。

摆线2的长度为L(从旋转轮中心到加速度传感器中心的距离)，初始角度为θ₀，当地重力加速度为g，在从初始角度θ₀到角度为0(摆线垂直时)的过程中，时间t与角度θ的关系式为：

根据时间t与角度θ的关系式绘出加速度与时间的第二曲线图(参见图2，横轴表示时间，纵轴表示加速度)，即g·sin(θ₀-θ)与时间t的曲线图，参见图2。

根据时间t与角度θ的关系式绘出摆过的弧长(即位移)与时间的第二曲线图(参见图3，横轴表示时间，纵轴表示弧长)，即L*θ与时间t的曲线图，如图3所示为某种初始条件下的一段曲线图。

将加速度测位移模块1测量出的加速度与时间曲线关系与图2进行比较，测量的位移与时间的关系与图3进行比较，即可知道测量的加速度误差和位移计算误差，然后进行不断的优化改善。

通过调整摆长L和初始角度θ₀，可绘制出不同的校核曲线，以此进行多次校核，以使得最终的计算方法具有最大范围的适用性。

通过改变加速度测位移模块1的位置方向即可校核加速度传感器的不同加速度轴。

旋转轮3内部可设置一个线盘或其他能够收纳摆线的装置，以便于随时调整柔性摆线的长度L，以便于进行多次校核。

其中，尽量选择内阻力较小的旋转轮3，并使整个装置处于垂直平面内，且无气流扰动或者可以放置于真空内，以减小阻力对校核的影响，提高校核精度。当阻力十分小时本校核装置等同于一个无阻尼单摆。

当然，所述摆线也可以选择为刚性摆线，参见图4，该刚性摆线相当于一个摆柄4，摆柄4的上端枢转固定，加速度测位移模块固定在摆柄4下端，由于刚性摆柄4的重量产生转动惯量，此时相当于是复摆，复摆与单摆的原理相同，只是角度、加速度、速度、位移与时间的曲线稍有些区别。

上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，本领域技术人员应该明白，凡是依据上述原理及精神在本发明基础上的改进、替代，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种校核加速度传感器测位移的方法,其特征在于：包括如下步骤：

S1：将需要校核的加速度测位移模块固定在摆线末端，使得加速度测位移模块中加速度传感器的中心点位于摆线所在的直线上，使需要校核的加速度传感器的轴线与摆线垂直且朝向单摆中心的方向；

S2：将摆线的上端连接在旋转轮上，并使旋转轮的旋转中心位于摆线所在的直线上；

S3：摆线长度为L(从旋转轮中心到加速度传感器中心的距离)，初始角度为θ₀，当地重力加速度为g，在从初始角度θ₀到角度为0的过程中，时间t与角度θ的关系式为:

$t=\sqrt{\frac{L}{g}}*\left(F\right(sin\frac{{\mathrm{\θ}}_0}{2},\mathrm{\π}/2)-F(sin\frac{{\mathrm{\θ}}_0}{2},\arcsin \frac{sin\frac{{\mathrm{\θ}}_0-\mathrm{\θ}}{2}}{sin\frac{{\mathrm{\θ}}_0}{2}}\left)\right)$

S4：根据时间t与角度θ的关系式绘出加速度与时间的第一曲线图，即g·sin(θ₀-θ)与时间t的曲线图；

S5：根据时间t与角度θ的关系式绘出摆过的弧长(即位移)与时间的第二曲线图，即L*θ与时间t的曲线图；

S6：将加速度测位移模块测量出的加速度值与第一曲线图进行比较，将加速度测位移模块测量出的位移与第二曲线图进行比较，即可知道加速度误差和位移计算误差；

S7：通过调整摆长L和初始角度θ₀，绘制出不同校核曲线，以此进行多次校核。

2.根据权利要求1所述的校核加速度传感器测位移的方法,其特征在于：将整个摆线装置置于真空或无气流扰动的空间内。

3.根据权利要求1所述的校核加速度传感器测位移的方法,其特征在于：所述旋转轮内设置有用于调整摆线长度的线盘，所述摆线的上段缠绕在线盘上。

4.根据权利要求1所述的校核加速度传感器测位移的方法,其特征在于：所述摆线为柔性摆线或刚性摆线。