高精度角度传感器的设计+文献综述(3)
1.4 本课题研究的主要内容
鉴于以上分析，本课题主要工作在于设计一种精度高、体积小、成本低的非接触式角度传感器，来满足火炮炮塔纵倾角的测试要求。其主要内容包括：
（1）反复查阅资料，进行分析，选择最佳方案
（2）角度传感器的结构设计（其中包括测量环境的分析和材料选择、尺寸设计等）
（3）硬件设计（其中包括信号调理电路的设计、A/D转换电路的设计、单片机以及显示电路的设计）
（4）软件设计
2 方案论证
2.1 设计要求
（1）工作环境：用来测试火炮炮塔纵倾角；
（2）要求高精度、低成本；
（3）传感器测量范围：-90°～+90°；
（4）精度可达到0.01°；
（5）具有角度显示功能。
2.2 高精度角度传感器的选型
经反复多次查阅资料，本文最终选择电容式角度传感器。电容式传感器是由一个或几个具有可变参数的电容器组成，其特点是：结构简单、灵敏度高、分辨力强、转动部分重量轻、惯量小、动态响应好、输入能量低、摩擦力矩小，可实现无接触测量，适于在恶劣环境工作，因而国内外厂商竟相研制开发[8]。
下面列举出各类角度传感器的性能比较。
（1）滑线变阻式角度传感器
测量范围为0°～360°，线性度可达到0.1%，分辨力可达到0.36°～3.6°，适宜的工作温度为-50～150℃。其优点是结构简单，测量范围宽，输出信号大，抗干扰能力强，精度较高；但缺点在于分辨力有限，存在接触摩擦，动态响应差。
（2）非线绕电位器式角度传感器
测量范围为0°～330°，线性度可达到0.2%～5%，分辨力可达到2～6"，适宜的工作温度为-40～70℃。其优点是分辨力高，耐磨性好，阻值范围宽。但其缺点是接触电阻和噪声大，附加力矩较大。
（3）光电电位器式角度传感器
测量范围为0°～330°，分辨力较高，适宜的工作温度为-40℃～70℃。其优点是无附加力矩，分辨力高，寿命长，响应快。但其缺点是接触电阻大，要求阻抗匹配变换器，线性度较差。
（4）风标式迎角角度传感器
测量范围为±15°～±20°，适宜的工作温度为-50℃～50℃。迎角传感器可用来测量飞行器的升力系数、失速角度，选择最短起飞和着陆距离等。风标式迎角传感器能测量迎角，能从低声速区到高声速区大范围内良好地工作。
（5）应变计式角度传感器
测量范围为±180°。其特点是测量范围大，性能稳定可靠，应用范围广，既可测角位移和角度，稍加改进还可以测量倾角。
（6）流向式角度传感器
测量范围为0°～360°，精度为1，分辨力可达到3.6"。其特点是结构简单，性能稳定可靠，寿命长，可用于江河、海水流向连续测量和遥测。
（7）自整角机
测量范围为360°，精度可达到±0.1°～2°。
（8）旋转变压器
测量范围为360°，精度可达到2'～5'。
（9）电感移相器
测量范围为360°，精度可达到2'～5'。
（10）多极角传感电机
测量范围为360°，精度可达到3"～20"。和以上所列举的自整角机、旋转变压器、电感移相器一样，他们的优点都在于对环境要求低，有标准系列，使用方便，抗干扰能力强，性能稳定，且可在1200r/min下工作。但他们的缺点为精度不高，线性范围小，并且多极角传感电机结构复杂。
（11）微动同步器
测量范围为±40°，精度可达到1%，线性度可达到±0.05%，分辨力可达到2"，适宜的工作温度为-40℃～50℃。其优点是分辨力高，无接触，体积小，结构可靠，线性度好。其缺点在于测量范围小，电路较复杂。