陀螺儀在靜止?fàn)顟B(tài)下輸出的電壓信號為零，當(dāng)陀螺儀的姿態(tài)持續(xù)改變時，其輸出的信號也會隨之改變。基于陀螺儀的這種特性，檢測儀開始運行前默認(rèn)陀螺儀輸出的電壓為0 V，并以平移的1.5 V作為相對零點。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，所采集的軌向和高低數(shù)據(jù)與理論推算值浮動較大，針對這一問題，在該系統(tǒng)中采用電壓補償方法進行解決。本文提出了動態(tài)電壓補償方法，提高了實際相對零點精度。在介紹這種方法的推導(dǎo)之前，先說明一些符號的含義。

　　SF：標(biāo)度因數(shù)(比例系數(shù))。

　　Ugyro：陀螺儀輸出信號電壓。

　　Ucode：理想狀態(tài)下，A/D轉(zhuǎn)換前獲取電壓轉(zhuǎn)換的二進制編碼。理想狀態(tài)下，P·Ucode=10·Ugyro+1.5 V。

　　注意：A/D轉(zhuǎn)換前獲取的電壓為陀螺輸出信號放大10倍且平移1.5 V后的信號。

　　Ucode0：實際測量條件下，A/D轉(zhuǎn)換前獲取電壓轉(zhuǎn)換的二進制編碼。

　　ω：陀螺輸出的角速度。ω=Ugyro/SF=(P·Ucode-1.5 V)/(10SF)。

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　　理論上，陀螺儀輸出信號被放大10倍并平移1.5 V，陀螺輸出的信號經(jīng)過單片機處理后上傳給上位機。連續(xù)狀態(tài)下陀螺儀的角度計算如下：

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　　以上是理想情況下推導(dǎo)的角度計算公式，但是根據(jù)實驗采集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)情況下每次采集的數(shù)據(jù)會在一個常數(shù)上下浮動。為了減小電路對所采數(shù)據(jù)的影響，下面采用動態(tài)電壓補償方法計算推導(dǎo)角度。陀螺儀連續(xù)狀態(tài)角度推導(dǎo)：

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　　其中，Ucode0表示靜態(tài)情況下，相對電壓經(jīng)A/D芯片轉(zhuǎn)換后的二進制;Ucode.i表示實時采集的電壓經(jīng)A/D芯片轉(zhuǎn)換后的二進制;ti表示每次的積分時間。

　　4 實驗分析

　　采用動態(tài)電壓補償前采集的數(shù)據(jù)如表1所列。

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　　理論上，陀螺在靜止?fàn)顟B(tài)陀螺儀輸出的電壓應(yīng)該為0 V，對應(yīng)的角度也應(yīng)該為0°，即使考慮到其他干擾影響，采集的數(shù)據(jù)也會在0°附近浮動。但是從表中可以看出，軌向的角度在1.44°浮動，高低的角度在2.3°浮動。

　　采用動態(tài)電壓補償后采集的數(shù)據(jù)如表2所列，表中是兩組起始點開始采集的5個數(shù)據(jù)。

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　　從表中可以看出，采集的角度在0°附近浮動很小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性有了很好的改善，而且其起始點數(shù)據(jù)也比較穩(wěn)定。通過對檢測儀相對零點信號的多次采集，很好地解決了數(shù)據(jù)的相對零點不穩(wěn)定問題。

　　結(jié)語

　　鐵路檢測儀中采用兩個單軸光纖陀螺儀作為鐵路平順度其中兩個參數(shù)軌向和高低的傳感器，完成對鐵路軌道平順度的高速、高精度的數(shù)據(jù)采集。同時，通過與先前采集的數(shù)據(jù)比較分析，采用動態(tài)電壓補償方法很好地解決了數(shù)據(jù)的相對零點浮動問題，滿足了實際工程需要。