Розробка мікропроцесорної системи вимірювання кутів нахилу нерухомого об’єкту від площини горизонту

Анотація

Потреба вимірювати кути нахилу актуальна для багатьох галузей техніки та промисловості. На ринку продукції приладобудування України сьогодні відсутні вітчизняні акселерометричні пристрої вимірювання кутів крену та тангажу (ПВКТ), які відповідали б наступним вимогам: середньоквадратична похибка менше однієї кутової мінути в діапазоні кутів ±10° в робочому діапазоні температур -40…+70 °С, та з видачою інформації у цифровому коді з дискретністю 1 кутова секунда. Такі ПВКТ потрібні для контролю положення радарів та антен, горизонтування платформ та транспортних засобів.

Розроблена мікропроцесорна система вимірювання кутів нахилу нерухомого об'єкту від площини горизонту (МСВКН) забезпечує вимірювання величини кутів крену і тангажу згідно наведених вище вимог. Видача споживачеві вихідних цифрових даних здійснюється по інтерфейсу RS-422.

Металевий прямокутний корпус МСВКН складається з нижньої базової пластини, що має три лапи для кріплення до базової поверхні об’єкту, та кожуха. На базовій пластині встановлені два акселерометричні чутливі вузли (АЧВ) – первинні перетворювачі прискорення, зі взаємно перпендикулярними вимірювальними осями. Біля них встановлені цифрові перетворювачі температури. Аналогові частини електронної плати пристрою містять електроніку перетворення переміщення маятникових чутливих елементів у напругу та електроніку регуляторів зворотного зв’язку, струм з яких йде до обмотки зворотного компенсаційного перетворювача. Цей струм пропорційний проекції прискорення вільного падіння на вісь чутливості АЧВ і перетворюється у напругу за допомогою прецизійного резистора. Розташований на платі мікроконтролер включає в себе два високоточні аналого-цифрових перетворювачі, що перетворюють сигнали з цих резисторів у цифрові коди, пропорційні виміряному прискоренню. Програмне забезпечення мікроконтролера виконує алгоритмічну компенсацію похибок вимірювання прискорення і розрахунок кутів крену та тангажу. Під час експериментальних випробувань було підтверджено, що для різних комбінацій температур та кутів нахилу в діапазон кутів нахилу ±10° та температур мінус 40…+70 °С середньоквадратична похибка не більше однієї кутові мінути, що є унікальним для представлених на сучасному вітчизняному ринку пристроїв результатом.

Отже, ця розробка дозволить заснувати в Україні виробництво високоточних МСВКН, щоб забезпечити потреби вітчизняних виробників нової техніки. Подальші дослідження будуть спрямовані на вивчення довгострокової нестабільності параметрів МСВКН та зменшення середньоквадратичної похибки за рахунок встановлення додаткових термодатчиків та вдосконалення температурної компенсації похибок.