称重系统角度自动补偿方法研究

　　1、引言

　　在以往的称重系统应用中, 常常出现因称重传感器安装不水平而导致称重传感器测量值偏离其真值, 从而出现称重系统测量误差较大或不准的现象, 检查仪表和传感器, 都是正常, 最后分析原因如下:

　　称重时, 重物的重力都是竖直向下的, 称重传感器要测量的正是这个竖直向下的力如图 1, 安装时候要求传感器水平安装。假如传感器安装不水平如图 2, 其传感器测量的力其实是 F, 而其真值是 mg, 从而引起了测量误差。可知:在 2 图中传感器实际测试的力为:

　　其中: γ———F 与 Mg 的夹角 ( 可知也是传感器安装面偏离水平面的夹角) ;

　　从上可知, 只要测出与水平的偏离夹角γ,通过计算:

　　就可以得到真正的真值 M。所以首先必须要求测出安装后安装偏斜面与水平面的夹角, 才可以进行补偿。

　　2、角度自动补偿系统设计

　　2.1 倾角传感器功能介绍及角度测量方法

　　倾 角 传 感 器 采 用 VTI Technologies 公 司 的SCA610A 系列。SCA610A 是采用微电子机电技术( EMES) 制 造 的 一 款 双 轴 加 速 度 传 感 器 ,SCA610A 单轴的最大输出范围约为±90 度, 有效输出范围为±30 度。其原理是加速度传感器测角度原理, 可以用来测定变化或恒定的加速度。恒定加速度的一个特例就是重力加速度, 当传感器静止时 ( 没有水平或垂直方向的加速度时) , 重力加速度方向和传感器灵敏轴的夹角就是倾角。双轴加速度传感器测量倾角有两种放置方法:

　　( 1) 水平放置, 一般应用于测试±60°的范围内。

　　( 2) 一轴垂直放置, 在 0～360°范围内测试。

　　我们的角度补偿应用范围在小于±30°, 所以这里我们采用水平放置的方式如图 3 。

　　为测量倾角, 我们需要做一些换算, 因为加速度传感器的输出仅仅是加载在传感器轴上的重力加速度。参考图 3, 加速度传感器输出信号和角度之间的关系可由下面公式给出:

　　其中: Ax、Ay- - 表示在 x、y 轴上的重力加速度输出,

　　———表示倾斜后于 x、y 坐标的倾斜角度( 弧度) 。

　　g———重力加速度从上两式可以推出:

　　倾斜面与水平面的夹角可由斜面的法向量与水平面的法向量的点积公式推出, 推导过程如下:由图 3 可得:

　　2.2 硬件电路流程

　　通过倾角传感器 SCA610T 采样倾角值(X 轴,Y 轴), 得到的采样值经过一阶低通滤波, A/D 转换, 51 单片机数据处理得到我们所需要角度值,通过 RS232 与上位机进行串行通讯, 把计算所得值 显示在 PC 上, 再通过式 ( 9) 得到 Y角度, 最后通过式 ( 2) 得到补偿后的质量 M。