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高精度角度传感器的设计+文献综述(3)
1.4 本课题研究的主要内容
鉴于以上分析,本课题主要工作在于设计一种精度高、体积小、成本低的非接触式角度传感器,来满足火炮炮塔纵倾角的测试要求。其主要内容包括:
(1)反复查阅资料,进行分析,选择最佳方案
(2)角度传感器的结构设计(其中包括测量环境的分析和材料选择、尺寸设计等)
(3)硬件设计(其中包括信号调理电路的设计、A/D转换电路的设计、单片机以及显示电路的设计)
(4)软件设计
2 方案论证
2.1 设计要求
(1)工作环境:用来测试火炮炮塔纵倾角;
(2)要求高精度、低成本;
(3)传感器测量范围:-90°~+90°;
(4)精度可达到0.01°;
(5)具有角度显示功能。
2.2 高精度角度传感器的选型
经反复多次查阅资料,本文最终选择电容式角度传感器。电容式传感器是由一个或几个具有可变参数的电容器组成,其特点是:结构简单、灵敏度高、分辨力强、转动部分重量轻、惯量小、动态响应好、输入能量低、摩擦力矩小,可实现无接触测量,适于在恶劣环境工作,因而国内外厂商竟相研制开发[8]。
下面列举出各类角度传感器的性能比较。
(1)滑线变阻式角度传感器
测量范围为0°~360°,线性度可达到0.1%,分辨力可达到0.36°~3.6°,适宜的工作温度为-50~150℃。其优点是结构简单,测量范围宽,输出信号大,抗干扰能力强,精度较高;但缺点在于分辨力有限,存在接触摩擦,动态响应差。
(2)非线绕电位器式角度传感器
测量范围为0°~330°,线性度可达到0.2%~5%,分辨力可达到2~6",适宜的工作温度为-40~70℃。其优点是分辨力高,耐磨性好,阻值范围宽。但其缺点是接触电阻和噪声大,附加力矩较大。
(3)光电电位器式角度传感器
测量范围为0°~330°,分辨力较高,适宜的工作温度为-40℃~70℃。其优点是无附加力矩,分辨力高,寿命长,响应快。但其缺点是接触电阻大,要求阻抗匹配变换器,线性度较差。
(4)风标式迎角角度传感器
测量范围为±15°~±20°,适宜的工作温度为-50℃~50℃。迎角传感器可用来测量飞行器的升力系数、失速角度,选择最短起飞和着陆距离等。风标式迎角传感器能测量迎角,能从低声速区到高声速区大范围内良好地工作。
(5)应变计式角度传感器
测量范围为±180°。其特点是测量范围大,性能稳定可靠,应用范围广,既可测角位移和角度,稍加改进还可以测量倾角。
(6)流向式角度传感器
测量范围为0°~360°,精度为1,分辨力可达到3.6"。其特点是结构简单,性能稳定可靠,寿命长,可用于江河、海水流向连续测量和遥测。
(7)自整角机
测量范围为360°,精度可达到±0.1°~2°。
(8)旋转变压器
测量范围为360°,精度可达到2'~5'。
(9)电感移相器
测量范围为360°,精度可达到2'~5'。
(10)多极角传感电机
测量范围为360°,精度可达到3"~20"。和以上所列举的自整角机、旋转变压器、电感移相器一样,他们的优点都在于对环境要求低,有标准系列,使用方便,抗干扰能力强,性能稳定,且可在1200r/min下工作。但他们的缺点为精度不高,线性范围小,并且多极角传感电机结构复杂。
(11)微动同步器
测量范围为±40°,精度可达到1%,线性度可达到±0.05%,分辨力可达到2",适宜的工作温度为-40℃~50℃。其优点是分辨力高,无接触,体积小,结构可靠,线性度好。其缺点在于测量范围小,电路较复杂。
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