基于三轴加速度计的倾角测量误差修正

尹相国,赵莅龙,陈 强,李传浩,赵永瑞

(1.中国石油大学(华东) 机电工程学院,山东 青岛 266580;2.青岛新前湾集装箱码头有限责任公司,山东 青岛 266520)

在山体滑坡监测、轨道水平测量、雷达倾角设定等诸多方面,均需要倾角测量。如果采用陀螺仪测量倾角,可以直接对其输出进行积分,但由零点漂移造成的误差会随着积分周期的增加而积累[1]。因此,如果只有重力作用于系统,那么可以使用加速度传感器进行倾角检测。

郭文科等[2]利用ADXL345三轴加速度传感器测量CPTU探头的倾斜角,并利用卡尔曼滤波器对所测倾斜角度数据降噪处理。王玉静等[3]基于三轴加速度计设计倾角测量装置,用于基建组塔中对抱杆倾斜角度的检测。高益等[4]采用MMA8451三轴加速度传感器设计了低功耗、高精度的滑坡监测仪器。

应用加速度传感器测量倾角时,内核传感器及算法会影响系统精度。其中部分误差是可以通过后处理来降低的,包括零点偏移、灵敏度误差、温漂等;还有部分误差源难以校正,如噪声、温度回滞特性、灵敏度在产品生命周期中的漂移等[5]。

本文对基于三轴加速度传感器的倾角测量误差进行分析并提出修正方法,通过实验测试证明有效性。

1 原理及误差分析

1.1 倾角测量原理

倾斜角由加速度计敏感重力加速度获得。当加速度计处于测量平衡状态时,重力加速度作为唯一激励源作用于传感器。考虑敏感轴上的分量,与重力加速度的大小和方向建立关系,可以实现倾斜角度的测量[6]。……