寻北仪基座倾角测量系统零位的一种动态标定方法研究

　　0 引言

　　磁悬浮陀螺寻北仪必须在静基座条件下工作，基座必须精确调平，否则会对寻北精度产生很大影响。已知当基座出现横倾角γ 和纵倾角θ 时，横倾角γ 对寻北误差有影响，纵倾角θ 对寻北精度几乎没有影响，基座倾斜对寻北的影响公式可表示如下:

　　式中: Δαtilt为基座倾斜引起的寻北误差; γ 为基座的横倾角; 为 寻北仪架设点的纬度。目前的调平方法是在基座外壳上安装长水准器，架设时依据水准器的指示，利用调平系统将水准器气泡调居中，即认为寻北仪基座是水平的。 这种调平方法简单，很容易实现，但会受到长水准器的精度、安装误差、环境变化、温度变化，以及操作人员熟练程度等许多因素的影响，使陀螺寻北仪基座在工作 时有时处于倾斜状态。

　　如果不能得到基座准确的倾斜量，就不能修正基座倾斜对寻北仪精度的影响。所以必须要对基座倾斜的大小和方向进行准确测量，然后利用基座倾斜与寻北精度影响量之间的数学模型，进行误差补偿，保证寻北精度。

　　1 电解质型倾角传感器工作原理

　　电解质型倾角传感器工作原理如图1 所示。在一个密封壳体内装有电解质导电液，三根电极浸入其中，引出接成差动电桥的形式，由交流电源Uc激励。当传感器处于水平位置时，三根电极浸入的深度 相同，电桥平衡，输出为零; 当传感器倾斜某一角度ε 时，三根电极浸入的深度发生改变，电桥失去平衡，输出大小正比于该倾角正切的信号。当ε 角较小( ε <5°) 时，输出电压与倾角成正比( tanε≈ε) ，信号的极性与倾斜方向有关。

图 1 倾角测量系统工作原理图

　　由于选用的是电解质型倾角传感器，因此电桥驱动输入必须是一个交变信号，否则传感器的电解液将会发生电解，图1中CON3 的1，2 和3 点接倾角传感器的三根电极，电阻R03 和R04 与电极1，2 之间电阻和电极2，3 之间电阻构成测量电桥，在CON3 的1，3两点间加激励信号，随着倾角大小和方向的不同，CON3 的2 点对地信号幅值及与初始激励信号的相位不同。

　　激励的原始输入来自C8051F120 单片机的 PCA0( 可编程逻辑阵列) 产生的 1 kHz 的方波信号，经过U3B 反相器隔离后，分为两路驱动信号，其中一路信号再经过 U3C 反相器，从而产生极性相反、幅值相同的两路信号，这两路信号通过 C302、C303 电容滤去直流分量，加载在电解质型倾角传感器两个电极上，因为输入是同一个方波源，所以，在传感器两个电极上就会出现1 kHz 幅值相等、极性相反的方波交变信号作为驱动信号。加载传感器上的激励信号( 图1中CON3接头1，3 两点间信号) 如图2 所示。