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        產品名詞解釋

         

         

            

        傾角傳感器作為測量物體相對海平面的角度測量設備,已有100多年以上的歷史了。從傳統的水泡式水平儀,到當前的基于加速度原理或電解液原理以及液體電容原理等,已經發展非常成熟,產品精度不斷提高,應用領域也逐漸廣泛和專業,制造廠家也非常多。但市場上多數傾角傳感器對精度的描述,顯得含糊不清或者存在一定偏差。

        一般地說,按照計量法和相關國家/國際標準,對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域,值得商榷。

        我們可以在市場上隨處獲得各種不同傾角傳感器產品或供應商對精度的描述,大多數是將傾角傳感器的非線性作為傳感器的測量精度,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。它是測量重力加速度在加速度傳感器敏感軸上的分量轉換成角度數據,即傾角值與加速度值成正弦關系。這個原理在很多文獻以及產品說明中給予了充分的說明。

        影響傾角傳感器的測量精度與以下指標密切相關:

        靈敏度誤差——取決于核心敏感器件的自身特性,但同時與頻率響應關聯,也稱幅頻特性。經過實際的測試,對靈敏度的影響很小,可以忽略不計。

        零點偏置——取決于核心敏感器件的自身特性,是指傳感器在沒有角度輸入的情況下(如絕對水平面),傳感器測量輸出不為零,該實際輸出角度值即為零點偏置。這個指標跟傳感器是否能置零沒有任何關系

        非線性——可以通過后續進行校正,取決于校正點的多少。校正點越多,非線性越好。

        橫軸誤差——是指當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耦合到傳感 器的輸出信號上所產生的誤差。如對于測量范圍為±30°的單軸(假定X方向為傾角測量方向)傾角傳感器,在空間垂直于X方向發生10°的傾斜時(此時實際被測量的X方向的傾斜角度保持不變,如為+8.505°),傳感器的輸出信號會因為這個10°的傾斜而產生額外誤差,這個誤差稱為橫軸誤差。這個額外的誤差因不同的產品而定。當傾角傳感器的橫軸誤差為3%FS,產生的額外誤差為3%×30°=0.9°,而傳感器實際輸出的角度簡單估算為9.405°(=8.505°+0.9°)。此時,即使傾角傳感器的非線性誤差達到0.001°,相對橫軸誤差而言,這個非線性誤差可以忽略不計,也就是說,作為傾角傳感器的測量精度,不能不將橫軸誤差計算在內,否則將引起很大的測量錯誤。

        允許輸入軸不重合度——是指傳感器在實際安裝過程中,允許傳感器的水平(Z方向)安裝偏差,該指標實際包含了輸入軸非對準性、垂直軸非對準性兩個方面的誤差。一般地,傾角傳感器在安裝時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量精度。當傾角傳感器自身的靈敏軸與實際的傾斜方向不重合時,隨傾斜的角度增大,產生的額外誤差呈正弦變化。實際測試表明,當傾角傳感器自身的靈敏軸與實際的傾斜方向的夾角超過3°,對于±30°量程±0.01°線性誤差的傾角傳感器,所產生的額外誤差會達到±0.3~0.5°,也遠大于非線性誤差。

        重復測量精度——取決于核心敏感器件的自身特性,不能通過后續修正措施來提高。

        溫度對零點和靈敏度的影響——也包含漂移和溫度曲線的重復性,該重復性取決于核心敏感器件的自身特性,不能通過后續修正措施來提高。在重復性確定的情況下,可以通過后續進行校正,取決于校正點(角度點和溫度點)的多少。校正點越多,溫度漂移精度就越好。

        由此可見,傾角傳感器的系統誤差包含了靈敏度誤差、零點偏置、重復性和溫漂的重復性,不能進行修正和補償;隨機誤差則包含了橫軸誤差、輸入軸非對準性、非線性、溫漂線性度,可以通過修正和補償措施來提高。而傾角傳感器的分辨率則與精度沒有任何關系,所以不能計入到精度指標內。

        因此,衡量傾角傳感器的測量精度,一定不能僅以非線性來衡量,需要將傳感器的系統誤差和隨機誤差進行誤差合成后方可。

        在常溫下,傾角傳感器誤差應該包含非線性、重復性、遲滯、零點偏置以及橫軸誤差,進行誤差合成的計算公式為:

        其他工作原理的傾角傳感器也應該按照同樣的誤差計算方法來確定其精度指標,而不能僅將非線性作為精度。

        從實際使用的情況來看,也要求傾角傳感器對精度的計算按照上述公式:

        1、 傾角傳感器的靈敏軸與傳感器的外殼存在一定的偏差,這個偏差是一個空間位置,并非僅在平面坐標系上的位置;

        2、 傾角傳感器在安裝時,實際的傾斜的軸向不會與傳感器的靈敏軸/外殼的邊沿重合或平行,也很難達到如此精密的安裝;

        3、 物體的實際傾斜軸向在工業現場是難以準確地找到,即使當前找到,因機械設備的自身誤差,實際的傾斜軸隨運動而不斷地變化;

        因此,綜合工業現場的實際安裝,傾角傳感器在大多數機械設備中處于:

        1、 傳感器的靈敏軸與實際傾斜軸不重合或平行(如圖1);

        2、 實際的傾斜軸只能是估計,不能準確地判斷和確定;

        3、 X軸發生傾斜時,實際上因被測機械本身的加工或配合誤差,Y軸同時也會發生變化,將產生橫軸誤差,角度越大,誤差也越大(高精密機械設備除外),(如圖2)。

        4、 運動過程中,傾斜軸處于規則或不規則的變化過程中.

        絕大多數工業現場測量產生圖1和圖2以及圖3組合情況,既有橫軸誤差產生,也有軸不對準現象發生,同時存在。采用三軸轉臺進行測試,可以發現以上這些影響。

        因此,計算傾角傳感器的實際測量精度,不能單純的看非線性指標,還要看橫軸誤差、軸對準性等指標。

        對于智能型的傾角傳感器,同時需要將因用戶現場難以確定的傾斜軸與傳感器的靈敏軸的非對準性因素考慮進行,這樣可以大大減少對用戶的安裝對準性要求,并能獲得真實的高精度數據。

        附錄一
        瑞芬科技的傾角傳感器的核心技術優勢

        瑞芬科技研發生產的傾角傳感器具有良好的角度測量性能,創造性地將橫軸誤差和零點偏置作為測量精度的重要組成部分。(注:其他一般傾角傳感器產品僅將非線性作為傳感器的測量精度)。同時,該傳感器為解決用戶的現場安裝困擾以及實際的傾斜方向不可能與傾角傳感器的靈敏方向完全平行或重合的實際現狀,特別地給出了“允許輸入軸不重合度”的參數,用戶通過這個參數,可以準確地知道如何安裝以及減少安裝時間,并且同樣能獲得很好的測量精度。
        我司的傾角傳感器將“橫軸誤差”與“允許輸入軸不重合度”實現了組合應用,極大地解決了在任意角度點實現真正準確的傾斜測量:
        1、物體的實際傾斜不可能完全按照嚴格的X和Y正交軸向發生傾斜,如機械部件的間隙、實際傾斜軸難以確定等因素決定了實際的傾斜角度不在嚴格的X、Y正交方向上。當X軸向發生傾斜時,如果傳感器的橫軸誤差過大,則會使Y方向的傾斜角度數據發生變化,而實際上,Y軸方向可能沒有真正發生傾斜,反之亦然。因此,針對普通的傾角傳感器的3~5%的橫軸誤差,即使線性度再高,其實際的測量精度也將在3~5%左右,而不是線性度數據。
        2、如傳感器在實際安裝過程中,沒有“允許輸入軸不重合度”數據,簡單的目測是難以獲得真正準確的傾斜數據。過大的傳感器靈敏軸與實際運動傾斜方向的偏差角度,將會使傳感器的輸出上額外產生一個“正弦誤差”疊加到輸出數據上。隨著傾斜角度的增大,誤差也逐漸增大。
        瑞芬科技研發生產的傾角傳感器良好地解決了以上的實際問題,是真正實現高精度傾角測量的產品。

        附錄二

        瑞芬科技在傾角測量方面的核心技術能力介紹

        1、對傾角傳感器外殼進行模態測試,并非簡單將傳感器核心部件安裝在任意外殼內封裝就成為產品。
        2、對傾角傳感器PCBA板進行模態測試,從根本上解決振動引起的諧振對傳感器濾波的影響。
        3、嚴格按照國內、國際相關標準執行(包括GB、GJB、MIL、IEC、ISO、EN等)進行測試的傾角傳感器。
        4、自主專利的自動化測試技術傾角傳感器,減少人為因素對質量的影響,保持質量的一致性。
        5、精度可以達到±5角秒@-40~85℃全溫度內的綜合精度,12個月的零點穩定性達到±3.6角秒。我們提供相對應的產品解決方案。
        6、提供近30種各類工業通用和軍事/航空航天專用接口。能提供多種傾角傳感器,可以為客戶定制絕大多數特殊要求的傾角測量產品。
        7、近50人的規模、快速為客戶提供各種服務。

         

        深圳市瑞芬科技有限公司座落于充滿魅力的神奇熱土-深圳,是專注于傾角、羅盤等產品的研究、開發、制造、銷售和系統整合于一體的國高新科技企業。公司以專業化和市場化的基本經營理念從事基于傳感器的市場服務和技術工作,包括歐美知名傳感器公司的在中國區的總代理、傳感器配套方案的技術開發、也可以根據客戶的需求提供專業化的開發和測試解決方案。為確保我們的產品和技術服務的有效性、規范化和流程化,確保最大限度的顧客滿意度。我們嚴格按照 ISO9000 質量保證體系來實現公司內部的嚴密管理程序和顧客端的靈活優化服務水平。

        公司主要經營產品有傾角傳感器、數顯傾角儀、測斜儀、三維電子羅盤、加速度傳感器等眾多國外知名品牌工業級產品。這些產品廣泛應用于汽車、船舶、飛機、機械、冶金、電力、紡織、鐵路、大壩監測、醫療設備、石油鉆探、煤礦開采、.海洋堪測、高精密測繪等領域,同時已成為眾多國際知名品牌公司在中國的優秀合作伙伴。

        我們以專業服務的技術水準和強大的技術實力,加上可靠的質量體系保證、完善的服務體系,來贏得用戶和社會的支持與信任。不斷向用戶奉獻最新的尖端高科技產品,并為您量身定做全面的專業應用解決方案。

            

         

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