注解目錄

1、傾斜傳感器的那些基礎(chǔ)干貨

1.1 典型應(yīng)用場景

（危樓、邊坡、古建筑都是對傾斜敏感的。）

1.2 傾斜傳感器的原理

1.2.1 滾珠式傾斜開關(guān)

1.2.2 加速度式傾斜傳感器

1)直接輸出傾角

2)加速度計算傾角

3)傾角精度的提高

（如果沒看懂，振南教你個好辦法：再看一遍。）

2、傾斜傳感器溫漂校準的基礎(chǔ)知識

2.1 溫漂產(chǎn)生的根源

（萬物皆受溫度影響。振南給你講講“調(diào)皮的尺子”。）

2.2 溫漂的真實例子

（某項目的奇怪現(xiàn)象，一到中午數(shù)據(jù)就亂跳。亮一下壯觀而精密的自動化校準裝置。）

3、靜態(tài)溫控的實現(xiàn)與溫補裝置的迭代

3.1 制冷原理

（振南告訴你如何對傳感器溫漂校準。溫度控制不難，但是不允許有振動，你作得到嗎？）

3.2 靜態(tài)溫度控制

3.2.1 TEC 制冷

3.2.2 散熱方案

3.2.3 傾角溫補校準裝置設(shè)計方案

3.2.4 多級 TEC 制冷

3.2.5 物理制冷

3.2.6 半導(dǎo)體制熱

3.2.7 溫控策略

3.2.8 多路溫度的同步控制

（如何安靜的制冷？TEC 及陣列、水冷、干冰、鋁注冷技術(shù)、PTC、保溫材料、比熱容、熱阻，還有溫控算法，這些你應(yīng)該了解一下。）

4、傾角校準與數(shù)據(jù)擬合

4.1 傾角校準裝置的構(gòu)成

4.2 傾角溫補校準與數(shù)據(jù)擬合

4.3 分段校準的質(zhì)疑

（多階擬合算法，還有開源的 Polyfit 方案。來看看最終效果：溫度亂舞，傳感器卻無波動。）

5、其它細節(jié)

5.1 真值的讀取

5.2 規(guī)避震動干擾

5.3 克服地面不平問題

5.4 減震設(shè)計

（萬事的成敗在于細節(jié)。）

傾斜傳感器溫漂校準的基礎(chǔ)知識

2.1 溫漂產(chǎn)生的根源

我們知道任何物體都會或多或少的受到溫度變化的影響,比如最普遍的熱脹冷縮。傳感器是基于物理材料制成的,所以從嚴格意義上來說,任何傳感器都會產(chǎn)生溫漂,即反映實際物理量的值隨著溫度變化而產(chǎn)生漂移。

關(guān)于傳感器的溫漂,我曾經(jīng)做過一個講座,名為《大話溫補與溫控》,算是把“溫漂”比較通俗地進行了闡述，下面是講座的一些核心內(nèi)容。

個例子:《調(diào)皮的尺子》。

我們用尺子去測量長度,你量得準或是不準,真值就在那里,不長不短。但是在不同的溫度下。尺子的示數(shù)可能是不同的，因為尺子會熱脹冷縮,如圖 16.6 所示。

圖16.6 溫度的變化使得尺子對長度測不準

也許你會說,這點溫漂幾乎可以忽略不計吧。確實,如果你的精度要求不高,溫漂是可以無視的。但是很多應(yīng)用場合下較得就是這個真兒,差一絲都不行。比如建筑物或邊坡的傾斜,其實它們的傾斜量都是非常微小的，1年頂多傾斜0.1，但是如果傾斜傳感器的溫漂誤差就有 0.幾°,那基本上就把真值淹沒了。

既然有溫漂的存在,那我們?nèi)绾文馨盐锢砹坎蓽誓?

“調(diào)皮的尺子”有它的規(guī)律:每當-25C時,我們用它去測量 1000 um 的距離一定會示數(shù) 1003.1 um。所以,當我們看到 1 003.1 um 時,我們就知道實際是 1 000 pm(-25C)了。

那就出現(xiàn)一個問題:-25C時,測量 2 000 um 的距離,它會示數(shù)多少? 2 003.1 um? 2 006.2 um?都不是!因為在此溫度下尺子的刻度變化可能是非線性的,不能依比例推算。那怎么辦呢?

最笨的方法:在某一個溫度下,我們記錄下每個距離和與之對應(yīng)的尺子示數(shù),形成表格。以后測量的時候,拿著當前溫度和尺子示數(shù),去表里查它所對應(yīng)的實際值是多少,如圖 16.7 所示。

圖16.7 各溫度下示數(shù)與實際值的對應(yīng)表

方法很簡單,但是要編制這個表卻不容易。

2.2 溫漂的真實例子

當時,講座講到這里.有人問了一個問題.“就說傾斜傳感器,溫漂能對它產(chǎn)生多大的影響?舉實際例子說一下?！蔽椰F(xiàn)場登錄公司的 IOT 平臺,找了幾個實際項目在用的傾斜傳感器,如圖 16.8 所示。

圖16.8 傾斜傳感器在每天特定時間段產(chǎn)生尖峰

上圖中的 3 個領(lǐng)斜傳感器都是實際安裝在平地上的,用于監(jiān)測邊坡地災(zāi)。每天在中午都會產(chǎn)生尖峰,這個波動范圍大約是 0.0 幾。難道說每天一到中午平地就會有微震?這顯然是不符合邏輯的,其根本原因就是溫漂。

現(xiàn)場有人進行了反駁,從 IoT 平臺上找到了幾個中午時段沒有尖峰的例子

“請給我解釋一下?”

“這些傳感器應(yīng)該沒有被太陽直曬吧?有樹蔭遮著?”

項目總監(jiān)此時說:“確實,這幾處傳感器都在林子里,上面有波動的傳感器是直曬的?！?/p>

這下大家信服了。

項目上使用的傾斜傳感器很明顯是沒有經(jīng)過溫漂校準的(也叫溫度補償,簡稱溫補)。我們多么希望傳感器不受溫度等外界因素的影響,而直接輸出穩(wěn)定、可信、真實的示數(shù)啊!這就是我們追求的“理想傳感器”。誰的產(chǎn)品越接近理想傳感器,誰就越具有競爭力。

我們將上面所說的這張表內(nèi)置到傳感器中,使其輸出依溫度與原始示數(shù)查表之后的值傳感器即向所謂的“理想傳感器”邁進了一大步。

這張表是很龐大的,靠人工編制效率極低。我們要尋求更高效的方案,最好是無人參與的、全自動化的,如圖 16.9 所示。

圖16.9 北微傾斜傳感器的自動化校準裝置

北微傳感的這套傾角自動化校準裝置是委托中航工業(yè)研制的,用我們項目總監(jiān)的話說“高品質(zhì)產(chǎn)品的背后一定需要有雄厚的工業(yè)基礎(chǔ),我們簡直就是小米加步槍?！?/p>

OK,終于引出了“傾角自動化校準裝置”,振南研究傾斜傳感器的近 1 年的時間,其實主要精力就在這套東西上,它是傾斜傳感器達到真正意義上的高精度的核心。