薛皓天 王直杰

【摘要】 由于安全檢測(cè)條件的限制，激光傳感器需要安裝相應(yīng)的反射板或擋板，消防車工作斗的晃動(dòng)幅度檢測(cè)方面目前還無(wú)法使用激光傳感器或其他測(cè)距傳感器去有效簡(jiǎn)便地測(cè)量正處于高空工作中的工作斗晃動(dòng)情況，這種情況下，使用加速度計(jì)積分獲得晃動(dòng)速度和晃動(dòng)幅度成為一種相對(duì)有效的方案，而該方案中，需要解決積分初值問(wèn)題及傳感器參數(shù)誤差引起的最終計(jì)算結(jié)果誤差。本文旨在設(shè)計(jì)一種相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方案。

【關(guān)鍵詞】 安全檢測(cè) 傳感器 數(shù)據(jù)處理 消防車

一、前言

一般的安全檢測(cè)中，對(duì)于長(zhǎng)度、距離、幅度等的參數(shù)檢測(cè)一般都采用激光傳感器測(cè)距的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]。但在消防車的安全檢測(cè)中，工作狀態(tài)下工作斗位于高空，在工作斗晃動(dòng)的情況下無(wú)法保證激光傳感器所需的遮擋或反射所需的條件。

在這種情況下，使用加速度計(jì)二次積分獲得晃動(dòng)幅度成為一種替代的可行的方案，在該方案中，需要解決積分初值問(wèn)題及傳感器參數(shù)誤差引起的最終計(jì)算結(jié)果誤差問(wèn)題[2]。

二、數(shù)據(jù)誤差及產(chǎn)生的原因

數(shù)據(jù)誤差產(chǎn)生的一種原因是硬件裝置正常工作時(shí)，下位機(jī)傳送至上位機(jī)的數(shù)據(jù)中，靜止?fàn)顟B(tài)下加速度等參數(shù)不為零。此時(shí)加速度不為零主要有兩個(gè)影響因素：靜止?fàn)顟B(tài)下裝置不完全水平引起的重力分量誤差、傳感器自身的零點(diǎn)漂移，這兩個(gè)影響因素需要先消去重力分量誤差再消去零點(diǎn)漂移。

此外在測(cè)量中還存在脈沖信號(hào)誤差（毛刺）。因此在做晃動(dòng)幅度的運(yùn)算之前，需要對(duì)下位機(jī)的加速度數(shù)據(jù)預(yù)先進(jìn)行處理。

三、數(shù)據(jù)誤差的處理

3.1 對(duì)重力分量誤差的處理

加速度計(jì)中，Z軸方向上由于受到固定的重力影響，-Z方向（即朝正下方），有一個(gè)固定的G的重力加速度。實(shí)際使用中，由于裝置水平狀態(tài)安裝下不能保證絕對(duì)水平，因此-Z方向的重力加速度在X方向和Y方向都可能有分量，在運(yùn)算前，需要先消去XYZ三軸方向上的分量[3]。

實(shí)際使用中，消除這部分誤差的方法為通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算重力分量：重力加速度G乘以測(cè)得的X方向上的角度的余弦即為X方向的重力分量，將X方向加速度減去該分量即可，Y方向上的處理方法相同。

3.2 對(duì)零點(diǎn)漂移的處理

加速度數(shù)據(jù)消去角度引起的重力分量后，靜止時(shí)XYZ三方向上的數(shù)據(jù)仍然不為零，此時(shí)的誤差即為零漂誤差。

實(shí)際操作中，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄開(kāi)始時(shí)，先在靜止?fàn)顟B(tài)下保持不動(dòng)若干時(shí)間，此時(shí)算法統(tǒng)計(jì)這段時(shí)間內(nèi)采樣的數(shù)據(jù)，并求出平均值，之后傳感器的測(cè)量值都減去對(duì)應(yīng)的平均值。

3.3 對(duì)脈沖誤差的處理

數(shù)據(jù)存在脈沖誤差的含義是：在實(shí)際運(yùn)行中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)值為很大或很小的單次采樣值。對(duì)于這樣的脈沖誤差，處理方法采用限幅法[4]。

實(shí)際操作中，脈沖誤差的值很大，而在現(xiàn)場(chǎng)狀況中，使工作斗產(chǎn)生晃動(dòng)的因素包括消防水炮噴射的啟動(dòng)、停止，重物落入工作斗的沖擊響應(yīng)，風(fēng)力影響等，這些因素不可能讓裝置處于3個(gè)G的加速狀態(tài)。因此，加速度數(shù)據(jù)大于3個(gè)G（29.4m/s2）時(shí)，判斷該采樣數(shù)據(jù)為脈沖誤差，丟棄此數(shù)據(jù)，使用前一采樣數(shù)據(jù)代替當(dāng)前數(shù)據(jù)。

四、總結(jié)與討論

本文討論的幾種對(duì)數(shù)據(jù)處理的方法基本上通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)觀察和調(diào)整誤差修正。使用的計(jì)算方法運(yùn)算所需時(shí)間小，響應(yīng)快，能滿足較高的實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)處理要求。但是在精度方面，還無(wú)法將誤差修正在一個(gè)較高精度的范圍內(nèi)。對(duì)于更高精度的要求，可以考慮插值[5]，濾波等方案。

在應(yīng)用較高精度的傳感器時(shí)，用加速度加速度計(jì)算位移、幅度以及路徑的方案可以應(yīng)用于許多方面，比如建筑物內(nèi)管道構(gòu)造的還原，食物進(jìn)入人體消化道的運(yùn)動(dòng)路徑等，因此本文的方法在這些場(chǎng)合下也具有參考意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張維光，趙宏. 線結(jié)構(gòu)光多傳感器三維測(cè)量系統(tǒng)誤差校正方法[J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，06：75-80.

[2] 王冠凌、凌有鑄、于世海、陳曦，《數(shù)據(jù)融合技術(shù)在消防車檢測(cè)系統(tǒng)中的研究》，《自動(dòng)化與儀器儀表》2008年 第2期，

[3] 紀(jì)連恩，鄒銀龍，辛冰. 面向三維導(dǎo)航的智能終端傳感器數(shù)據(jù)處理技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2015，01：252-256+288.

[4] 聶西利. 數(shù)據(jù)融合算法的初步研究以及在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].浙江大學(xué)，2006.

[5] 肖貴賢. 二次插值法在傳感器數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J]. 黃石理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，04：54-56.