[LAS9891 0]

Имеется датчик угловой скорости с описанием. Задача - на основе этого датчика собрать инклинометр - прибор, предназначенный для измерения угла наклона различных объектов относительно гравитационного поля Земли.

 

Нашел статью, в которой пишут, что инклинометр возможно разработать на основе акселерометра - прибора, измеряющего проекцию кажущегося ускорения (разности между истинным ускорением объекта и гравитационным ускорением).

 

Датчик способен измерять линейное ускорение в диапазоне от минус 16g до плюс 16g и преобразовывать его в аналоговый сигнал.

 

В описании к датчику сказано также, что:

- диапазон изменения аналоговых выходов каналов осей X, Y, Z акселерометра: 0..5 В;

- напряжение на выходах аналоговых сигналов (на каналах линейного ускорения по осям X, Y ,Z) в статическом положении: 2,5±0,2 В.

 

Пробовал включить датчик и померить напряжение на выходах аналоговых сигналов (на каналах линейного ускорения по осям X, Y ,Z) в статическом положении. Получилось согласно инструкции около 2,5 В.

 

А теперь вопрос такой:

Получается, что в статическом положении, когда датчик лежит на столе, и на него никто не дышит, на выходах около 2,5 В, т.е. датчик показывает какое-то значение линейного ускорения. Якобы он на самом деле движется да еще и с ускорением!

 

С другой стороны в статье пишут, что акселерометр измеряет проекцию ускорения (суперпозицию собственного ускорения акселерометра и вектора гравитации) на его чувствительную ось. Используя значение этих проекций, можно рассчитать угол наклона. И тут вроде бы логично, что на выходах около 2,5 В - это не ускорение, а проекция ускорения. Хотя тоже не понятно, если ускорение равно 0 (датчик лежит неподвижно) проекция этого ускорения тоже должна быть равна 0, а она равна 2,5 В.

 

Так что такое 2,5 В? Ускорение или что?

 

Документацию прилагаю:

________________.pdf

______.pdf

Изменено 2 февраля, 2016 пользователем LAS9891

[Alex11 5]

Ваши 2.5 В, как указано в описании - это точка нуля. Чтобы можно было в однополярном варианте показывать направление ускорения. Далее там есть большие вопросы. Проверьте ваш датчик. Посмотрите на напряжения по всем осям, затем переверните датчик и снова посмотрите. Если там будет также по 2.5 В - выбросите его. На этом датчике Вы ничего не сделаете, т.к. у него отрезана постоянная составляющая (и похоже по описанию, что это так). Есть куча нормальных датчиков, маленьких и не просящих столько питания, которые показывают постоянную составляющую ускорения (в т.ч. и свободного падения). На них можно сделать инклинометр, если Вам достаточно точности градусов в 5, может чуть лучше. Проблема в том, что у них есть довольно большой уход показаний от температуры, который еще и разный для каждого экземпляра датчика. Простыми средствами его не убрать. Датчик, в котором это убрано хорошо сразу называется инклинометр и стоит баксов за 60.

[LAS9891 0]

Ваши 2.5 В, как указано в описании - это точка нуля. Чтобы можно было в однополярном варианте показывать направление ускорения. Далее там есть большие вопросы. Проверьте ваш датчик. Посмотрите на напряжения по всем осям, затем переверните датчик и снова посмотрите. Если там будет также по 2.5 В - выбросите его. На этом датчике Вы ничего не сделаете, т.к. у него отрезана постоянная составляющая (и похоже по описанию, что это так).

 

Датчик проверил. Все работает в соответствии вот с этим пунктом:

 

2.6.2 При изменении ориентации изделия аналоговый сигнал акселерометр изменяется следующим образом, если стрелка оси смотрит в горизонт, то сигнал находится в среднем положении (напряжение каналов акселерометров должно находится в пределах указанных в таблице А.1), напряжение сигнала увеличивается при направлении оси в землю, и наоборот, уменьшается при направлении в небо.

 

Судя по всему датчик исправен. Выбросить его не могу, датчик куплен за казенные деньги.

[DogPawlowa 0]

Ускорение или что?

 

Измените слова "проекцию ускорения" на "проекцию силы тяжести при неподвижном датчике" - так проще?

И вообще, раз физику забыли, не думайте вообще, реализуйте формулы и все.

 

Правда я ваши документы не смотрел, слова относятся с обычному акселерометру.

И еще сразу скажу - обратите внимание на правильность расчета углов вблизи 90 градусов, формулы должны динамически изменяться в зависимости от положения, иначе неточность будет большая

[Alex11 5]

напряжение сигнала увеличивается при направлении оси в землю, и наоборот, уменьшается при направлении в небо

Ну коли так - то получится с учетом разговоров о точности. Измеряйте напряжения и считайте геометрию. Если поворот только по одной оси, то проще отъюстировать датчик так, чтобы одна из осей была паралельно оси вращения, тогда счет попроще.

[Ruslan1 17]

Имеется датчик угловой скорости с описанием. Задача - на основе этого датчика собрать инклинометр - прибор, предназначенный для измерения угла наклона различных объектов относительно гравитационного поля Земли.

 

Да, работать будет. Пересчитывайте в угол и вперед.

 

Очень жаль, что у Вас датчик, который, судя по описанию, предназначен в основном для других целей. Того кто выбирал элементную базу- нужно "В поликлинику сдать для опытов": он сильно избыточный для простого инклинометра, и по питанию и по массогабаритам, по сравнению с негироскопным мемсом, причем ничего выдающегося по характеристикам.

 

Зависимость от температуры- ахиллесова пята микромеханики. Требуйте характеристику зависимости, или снимайте сами для каждого экземпляра. Ну хоть для того, чтобы убедиться, с какой точностью измерять будете. И в любом случае регистрируйте температуру датчика своей системой, чтобы возможно было скорректировать в будущем.

[Alexashka 0]

Интересно какой угол будет показывать этот "клинометр" если его толкать туда-сюда (ну например в машине или бпла), т.е появится горизонтальная составляющая ускорения :)

[LAS9891 0]

Могу ли я использовать резистивный делитель напряжения для согласования выходного сигнала акселерометра с АЦП?

[Ruslan1 17]

Могу ли я использовать резистивный делитель напряжения для согласования выходного сигнала акселерометра с АЦП?

В инструкции ни слова не сказано ни о выходном сопротивлении, ни о методе измерения выходного напряжения, только указано что измеряют "вольтметром" или "осциллографом".

Поэтому- нет, делитель нельзя, как и нельзя подключать напрямую к низкоомному входу АЦП. Ставьте сначала повторитель на ОУ для минимизации нагрузки выхода этого акселерометра, а потом уже можно и делитель.

 

Кстати, распространенные микросхемы акселерометров, как правило, имеют высокоомный выход, например LIS344ALH - 100 килоом. Так что это нормальный путь- повторитель на ОУ до любой обработки. Часто этот ОУ может быть частью АЦП (так называемый буферизированный режим работы АЦП)

 

Ну или, опять же, звоните производителю и выбивайте нужную информацию о характеристиках выхода.

[LAS9891 0]

В инструкции ни слова не сказано ни о выходном сопротивлении, ни о методе измерения выходного напряжения, только указано что измеряют "вольтметром" или "осциллографом".

Поэтому- нет, делитель нельзя, как и нельзя подключать напрямую к низкоомному входу АЦП. Ставьте сначала повторитель на ОУ для минимизации нагрузки выхода этого акселерометра, а потом уже можно и делитель.

 

Подключил датчик по такой схеме:

 

Возник вопрос в выборе значения емкости конденсатора.

Номиналы резисторов рассчитал как для делителя напряжения (при максимальном напряжении 5 В на входе ОУ - на выходе делителя 3,3 В). Резистор R7 и конденсатор С1 обзазуют (мне так кажется) ФНЧ. Я прав?

 

Если да, то далее возникает вопрос выборе значения емкости конденсатора. Номинал резистора R7 в расчете фильтра не меняем, так и оставляем 10к (значение необходимо для делителя).

 

Еще вопрос связанный с выбором частоты среза фильтра. В документации на датчик указано, к примеру: Полоса пропускания канала угловой скорости по оси Х, кГц, не более 2. Т.е. указан какой-то диапазон частот, а как расположен этот диапазон относительно частоты 0 Гц? Или подразумевается диапазон от 0 Гц до 2кГц? И как выбрать частоту среза тогда?

[Ruslan1 17]

Полоса от нуля до. (он ведь гравитацию в покое показывает?)

ФНЧ- да.

Посмотрите если 10 килоом не много для Вашего АЦП

завал- зависит от точности и выбранного диапазона. Например, если Вам на 300 Гц нужно измерять с точностью 1%, то завал на этой частоте должен быть сильно меньше чем 1%.

Если нужно фильтровать- то лучше еще ОУ добавить и двухзвенный фильтр на нем сделать.

 

Моделировать- в чем попало, например, у TI: Filter Designer , Filter Pro

Ну или в любом базовом ПО, умеющим АЧХ рисовать

 

[Гость TSerg]

Интересно какой угол будет показывать этот "клинометр" если его толкать туда-сюда (ну например в машине или бпла), т.е появится горизонтальная составляющая ускорения :)

 

Не поверите, но на начальном этапе развития датчиков существовали даже маятниковые инклинометры для движущихся объектов (измерители крена-дифферента).

С дальнейшим развитием датчиков были реализованы алгоритмы комплексной обработки датчика угловой скорости (ДУС) и маятникового датчика.

И только потом уже добрались до гировертикали.

[LAS9891 0]

Наконец дело дошло до преобразования данных с датчика в значение угла. Т.к. датчик трехосевой буду использовать следующие формулы для расчета:

 

Где Ax, Ay, Az - проекции ускорения (силы гравитации) на соответствующие оси. На выходах датчика я имею определенные напряжения. Задача состоит в преобразовании полученного значения напряжения в соответствующее значение ускорения в единицах измерения g. А потом уже по вышеуказанным формулам посчитать углы.

 

Возникла проблема с преобразованием значения напряжения (В) в значение проекции ускорения (g).

 

В описании к датчику есть такая характеристика: Масштабный коэффициент измерения линейного ускорения по осям X,Y,Z, мВ/g, не более 94.

 

Еще из описания известно что, если стрелка оси (оси X например) смотрит в горизонт, то сигнал на соответствующем выходе находится в среднем положении - напряжение канала (канала Х например) акселерометра равно 2,5 В. Получается, что 2,5 В на выходе - это положение нуля.

 

Как преобразовать значение напряжения (В) в значение проекции ускорения? Что означает число 94 мВ/g? Если, к примеру, на одном из каналов появится напряжение 3 В, какому значению проекции ускорения соответствует это значение напряжения?

[Onkel 1]

Наконец дело дошло до преобразования данных с датчика в значение угла. Т.к. датчик трехосевой буду использовать следующие формулы для расчета:

 

1 Что означает число 94 мВ/g?

2 Если, к примеру, на одном из каналов появится напряжение 3 В, какому значению проекции ускорения соответствует это значение напряжения?

1 Если ускорение равно g (9,81 м/сІ) то на выходе будет половина напряжения питания плюс 94 мВ

2 a=g*(3000-V/2)/94, V для единообразия в милливольтах

[LAS9891 0]

1 Если ускорение равно g (9,81 м/сІ) то на выходе будет половина напряжения питания плюс 94 мВ

2 a=g*(3000-V/2)/94, V для единообразия в милливольтах

 

1)Напряжение питания датчика по моей схеме +15 В. Выходит, что при ускорении в 1 g(9,81 м/сІ) на выходе будет: 15/2 + 0,094 = 7,594 В. В документации на датчик указано: Диапазон изменения аналоговых выходов каналов оси Y, Z гироскопа и каналов акселерометра, В: 0..5. Вроде 7,594 больше 5 ?

 

 

2) a=g*(3000-V/2)/94, V для единообразия в милливольтах

 

Что такое V? Если напряжение питания датчика, то выходит: a = g*(3000-15000/2)/94 = -47,87g, нормальное такое ускорение.