Угол наклона это: Почему крутизна склонов измеряется в процентах, и зачем водителям это нужно

Почему крутизна склонов измеряется в процентах, и зачем водителям это нужно

Наверняка вы уже ни раз встречали предупреждающие дорожные знаки 1.13, он же «Крутой спуск», и 1.14 (соответственно, «Крутой подъем»). И кто-то из водителей точно обратил внимание, что уклон обозначен не в привычных градусах, а в процентах. Градусы – они же и при температуре, и в спиртном. Родные, понятные. Зачем все усложнять? Настало время разобраться с этим недоразумением и узнать, как автомобилистам может помочь данная информация при езде.

Представьте ситуацию: едете вы за городом и встречаете перед собой дорожный знак, предупреждающий водителей о том, что впереди подъем с крутизной уклона в 10%. Как на картинке выше. В голове сразу: 10% – это вообще сколько? Но если мы скажем, что это почти 6 градусов, вам разве станет от этого понятнее?

Тут важно понимать, что дорога постоянно меняет угол своего наклона, поэтому определить этот показатель в градусах будет сложновато. Зато уклон дороги в процентах – легко! Это то количество метров, на которое проезжая часть опустится или поднимется через 100 метров пути. То есть в нашем случае, проехав 1 километр по дороге с крутизной уклона в 10%, вы поднимитесь на 100 метров относительно первоначальной точки. Если вспоминать школьный курс тригонометрии, то цифра на дорожном знаке – это тангенс угла наклона проезжей части, выраженный в процентах. Впрочем, не заморачивайтесь: за вас уже давно все подсчитали, а вам нужно просто научиться этими данными пользоваться.

Зачем нужно знать крутизну склона?

Оказывается, тангенс угла наклона равняется коэффициенту сцепления с дорожным покрытием. Если вы едете по сухому асфальту, этот показатель составляет около 0,7 (при условии, что у вас не «лысая» резина). Пошел дождь – коэффициент сцепления с мокрой дорогой сразу упал до 0,5. А если дело происходит поздней осенью, и после ливня «удачно» подморозило, то асфальт превращается в настоящий каток. И тут уже коэффициент сцепления с проезжей частью снижается до минимума – менее 0,1. Что это значит в нашей ситуации, когда мы поднимаемся в горку с крутизной уклона в 10%, или 0,1?

Вы должны понимать, что, если вы остановитесь на склоне, то, в лучшем случае, не сможете тронуться, чтобы продолжить путь, в худшем – автомобиль с легкостью покатится обратно. И никакой водительский опыт или даже самая лучшая шипованная резина не помогут автомобилю остановиться, пока он не скатится с горы. Потому что с дорогой колеса практически ничего не связывает. Именно поэтому Правила дорожного движения (п. 11.7 ПДД) принуждают спускающихся со склона водителей уступать встречному поднимающемуся в гору потоку (даже, если препятствие расположено на их половине дороги).

Чем опасен затяжной спуск

Съезд с крутой горы – не менее опасное мероприятие. Во время длительного спуска, когда вы беспрерывно давите на педаль тормоза, в автомобиле могут перегреться и отказать тормоза. Чтобы этого не случилось, советуем научиться «гасить скорость» при помощи двигателя, постепенно снижая передачи. Чем круче спуск, тем ниже должна быть передача. Об особенностях торможения двигателем мы подробно писали в нашем блоге ранее.

Кстати, многие не обращают особого внимания на знаки «Крутой спуск» или «Крутой подъем». Особенно, когда там указан небольшой процент крутизны склона. Напрасно. Нередко случается, что в условиях плохой погоды (например, в снегопад, туман или когда темно) автомобилист может попросту не заметить небольшие, но затяжные спуски или подъемы. А именно на них чаще всего и перегреваются тормоза. Так что знаки не пропускаем. Стали бы чиновники тратить деньги из местного бюджета, если бы данный отрезок дороги не представлял никакой опасности?

Разница в знаках

Ну и напоследок расскажем о том, как отличить спуск и подъем на знаках. Конечно, чаще всего можно понять, что перед тобой чисто визуально. Но не всегда. Погода вносит коррективы, и в сильный снегопад небольшой длительный спуск можно запросто не заметить, а тормозная система автомобиля заметит. Так что в плохую погоду стоит особенно внимательно смотреть на знаки, установленные на обочине.

Отличить спуск от подъема на дорожных знаках вам поможет левая рука. Направьте ладонь по наклонной линии, над которой написана крутизна склона в процентах. Если пальцы будут направлены вниз, значит перед вами крутой спуск, если вверх, то значит вам предстоит забираться в гору.

К счастью, наибольшие продольные уклоны на автомобильных дорогах России не превышают 6-7% на равнинной и холмистой местности и 9-10% в горах. Конечно, в приморских городах есть дороги с довольно серьезными склонами, крутизна которых превышает все имеющиеся нормативы. Но мы-то теперь знаем, где опасность, а значит преодолеем даже самые крутые подъемы и спуски. Удачи на дорогах!

Поделитесь с друзьями

Подпишитесь на рассылку

Как расшифровать знаки с изображением уклона в процентах? | ГИБДД | Авто

По международным стандартам крутизна уклонов на знаках обозначается всегда в процентах. Перед въездом на холмы и горки устанавливаются треугольные знаки 1.14 «Крутой подъем», которые содержат цифровое обозначение, содержащее надпись типа «7%», «10%» или «12%», а в очень редких случаях «30%», а на автополигонах есть даже знаки «100%». Как понять эти обозначения?

Фото: Shutterstock.com/ hayim.bevz

Тангенс и расстояние

Процентное обозначение уклона дороги отражает тангенс угла наклона. Оно потребовалось для упрощения понимания уровня возвышения и расчетов для водителей. Смысл этой маркировки основан на тригонометрических вычислениях треугольников. Если представить горку в виде геометрической фигуры, то в ней можно выделить два катета и гипотенузу. Из школьного курса мы помним, что отношения сторон треугольника отражаются в значениях синуса и косинуса. Они помогают высчитать по углу наклона гипотенузы одну из сторон. Между тем в вычислениях часто применяют отношение синуса к косинусу, которое называется тангенсом. Если вы установите гипотенузу под углом 45 градусов, то синус и косинус будут совершенно одинаковы, а тангенс равен 1.

Для расчета уклонов дорог за основу принято именно это соотношение. Угол в 45 градусов принимается за 100%, а длина прилежащего катета, то есть горизонтальная проекция дороги, идущей на возвышение, за 100 м. Забраться на такой уклон могут не все автомобили, а лишь те, что обладают идеальной развесовкой, хорошими покрышками и мощным мотором.

Практичные вычисления

Тем самым цифра на дорожном знаке — это тангенс угла наклона проезжей части, выраженный в процентах. Звучит сложно, но на практике обозначения в процентах очень удобны и помогают быстро оценить крутизну подъема и опасности для транспортного средства в непогоду и гололед.

Если стоит знак «10%», то это значит, что, проехав примерно 100 м по дороге на горку с крутизной уклона в 10%, машина поднимется на высоту 10 метров. Тем самым проценты на знаках можно представить и как количество метров, на которые проезжая часть опустится или поднимется через расстояние, кратное 100 м.

Или еще пример. 12% означает, что, проехав 1 километр по дороге с уклоном 12%, машина поднимется на 120 метров.

Как проценты перевести в градусы?

В целом для автомобиля могут начинаться проблемы, когда возвышение составляет «10%» и более. На таких горках в гололед буксуют грузовики.

Иногда во время путешествия на внедорожниках бывает важно понять, какой все-таки угол зашифрован на знаке. Тогда можно понять, насколько поверхность способна держать автомобиль. В этом случае необходимо взять калькулятор и высчитать угол через тангенс. Это отношение противолежащего катета к прилежащему, который находится рядом с углом.

Берем число на знаке, делим на 100 и по таблице тангенсов находим угол. Если на знаке указано 12%, то по таблице необходимо смотреть угол для значения 0,12. В итоге получится 7 градусов.

Калькулятор угла уклона пандуса

Калькулятор для пандуса

В соответствии с СП 59.13330.2016 «Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения. Актуализированная редакция СНиП 35-01-2001» «Максимальная высота одного подъема (марша) пандуса не должна превышать 0,45 м при уклоне не более 1:20 (5%). При перепаде высот пола на путях движения 0,2 м и менее допускается увеличивать уклон пандуса до 1:10 (10%)».

Соотношение	Проценты	Градусы
1:20	5%	2,9°
1:12	8%	4,8°
1:10	10%	5,7°

Введите параметры будущего пандуса, исходя из данных объекта. Параметры необходимо вводить в милиметрах. Нажмите кнопку «рассчитать». Длина наклонной площадки в рассчитывается в милиметрах. Также Вы получите рекомендации относительно параметров, которые у Вас получились.

Основным действующим нормативным документом для определения уклона пандуса и его длины в РФ является СП 59.13330.2016 «Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения»

При высоте марша до 800 мм — мах угол 2,86°
При высоте марша до 200 мм — мах угол 5,71°
Для временных конструкций
при высоте марша до 800 мм — мах угол 4,76°

Пандус – это устройство для адаптации социально-значимых объектов и открытых пространств: вход в здание, сопровождение лестницы, пешеходный переход и т.д. Пандус необходим, чтобы сделать жизнь маломобильных групп населения комфортнее: пожилые люди, с коляской или тяжелой поклажей, с костылями после травм, инвалиды-колясочники.

Активное развитие и продвижение федеральной программы «Доступная среда» сподвигло многие организации установить пандусы на входной группе. Однако зачастую это делается либо для галочки, либо организациями, не владеющими навыками и знаниями существующих нормативов. Поэтому не всегда готовое изделие соответствует государственным стандартам. Как результат — недоступность для людей с ограничениями.

Нормативы для пандусов 2018

По нормативам СП 59.13330.2016 (с учетом вступивших в силу изменений 15 Мая 2017 года) пандус должен иметь следующие характеристики:

Список документации, рекомендуемой к ознакомлению:

СНиП 35-01-2001 содержит предписания по адаптации жилых домов и социально-значимых объектов для маломобильных групп населения. А так же конкретные ограничения по установке и параметрам пандусов.
ГОСТ Р 51261-2017 содержит технические требования к стационарным опорным устройствам.
СП 30-102-99 содержит требования к входной площадке.
СП 59.13330.2016 содержит предписания по доступности зданий и сооружений для маломобильных групп населения

Угол наклона пандуса не должен превышать уклон в отношении 1:20 (5%). В данном случае очень часто проценты путают с градусами. В результате чего подъем /спуск получается в разы выше. Угол наклона — это соотношение длины к высоте подъема.

Запомните! При перепаде высоты от трех метров, вместо пандусов применяются подъемные устройства. В данном случае наличие пандуса будет бесполезным и недоступным для инвалида-колясочника.

Справка! В ряде некоторых случаев допускается небольшое увеличение угла наклона пандуса:

• При временном сооружении пандуса (ремонте или реконструкции здания). Если его высота не превышает 0,5 м, а промежуток между площадками не более 6 м, уклон может быть 8% или 1:12
• Если высота подъема не достигает 0,2 м, уклон допустим в пропорции 1:10 (10%).
• Длина непрерывного движения марша пандуса не должна превышать 9,0 м, далее необходимо организовывать  разворотную площадку или площадку отдыха.
• Длина горизонтальной площадки прямого пандуса должна быть не менее 1,5 м.
• Пандусы должны иметь двухстороннее ограждение с поручнями на высоте 0,9 и 0,7 м.
• Поверхность пандуса должна быть нескользкой текстурой.
• Поверхность марша пандуса должна визуально контрастировать с горизонтальной поверхностью в начале и конце пандуса.

Поручни для пандуса

— В начале и конце поручни должны быть длиннее на 300 мм и иметь закруглённую форму.

— Верхний поручень расположен на высоте 900 мм.

— Расстояние между поручнями 900-1000 мм.

— Перила должны быть круглого сечения с диаметром от 30 до 50 мм.

— Начало и конец маркируются предупредительными полосами.

— Нижний поручень должен быть на высоте 700 мм.

— По продольным краям марша пандуса следует устанавливать бортики высотой не менее 0,05 м.

— Покрытие пандуса должно обладать противоскользящим эффектом.

— Минимальное расстояние от гладкой стены 45 мм, от неровной 60 мм.

— Поручни с внутренней стороны не должны прерываться.

— Поручни изготавливаются из металла и устанавливаются с обеих сторон наклонной площадки.

Если пандус изначально соответствует всем строительным параметрам, то его можно оснастить необходимыми дополнительными устройствами при их отсутствии:

• Опорными поручнями. Расстояние между  поручнями пандуса одностороннего движения должно быть в пределах 0,9-1,0 м, чтобы инвалид-колясочник мог на них подтянуться. Также для удобства и безопасности хвата поручни должны иметь закругленную форму и выступать на 300 мм от края.
• Контрастной тактильной разметкой (для незрячих и слабовидящих людей). Разметкой следует обозначать сами поручни и подстилающую поверхность. С внутренней стороны поручней можно приклеить тактильные наклейки для обозначения начала и конца препятствия.

Если пандус изначально не соответствует конструкторским параметрам в соответствии со сводами правил, то его следует демонтировать, а на его месте организовать доступный пандус.

ВОПРОСЫ ПО АДАПТАЦИИ
АВТОПАРКОВКА ДЛЯ МГН
АДАПТАЦИЯ ТРОТУАРОВ ДЛЯ НЕЗРЯЧИХ
АДАПТАЦИЯ ЛЕСТНИЦ ДЛЯ МГН
АДАПТАЦИЯ ВХОДНОЙ ГРУППЫ
АДАПТАЦИЯ ХОЛЛА В ПОМЕЩЕНИИ
АДАПТАЦИЯ САНУЗЕЛА ДЛЯ НЕЗРЯЧИХ
АДАПТАЦИЯ ЛИФТОВ ДЛЯ МГН

НАШЕ ПРЕИМУЩЕСТВО — ДОЛГОЛЕТНИЙ ОПЫТ и КАЧЕСТВО!

Функция НАКЛОН

В этой статье описаны синтаксис формулы и использование функции НАКЛОН в Microsoft Excel.

Описание

Возвращает наклон линии линейной регрессии для точек данных в аргументах известные_значения_y и известные_значения_x. Наклон определяется как частное от деления расстояния по вертикали на расстояние по горизонтали между двумя любыми точками прямой; иными словами, наклон — это скорость изменения значений вдоль прямой.

Синтаксис

НАКЛОН(известные_значения_y;известные_значения_x)

Аргументы функции НАКЛОН описаны ниже.

• Известные_значения_y    Обязательный. Массив или диапазон ячеек, содержащих зависимые числовые точки данных.

• Известные_значения_x    Обязательный. Множество независимых точек данных.

Замечания

• Аргументы могут быть либо числами, либо содержащими числа именами, массивами или ссылками.

• Если аргумент, который является массивом или ссылкой, содержит текст, логические значения или пустые ячейки, эти значения игнорируются; ячейки, содержащие нулевые значения, учитываются.

• Если аргументы известные_значения_y и известные_значения_x пусты или количество содержащихся в них точек не совпадает, функция НАКЛОН возвращает значение ошибки #Н/Д.

• Уравнение наклона линии регрессии имеет следующий вид:

  где x и y — выборочные средние значения СРЗНАЧ(массив1) и СРЗНАЧ(массив2).

• Основной алгоритм, используемый в функциях НАКЛОН и ОТРЕЗОК, отличается от основного алгоритма функции ЛИНЕЙН. Разница между алгоритмами может привести к различным результатам при неопределенных и коллинеарных данных. Например, если точки данных аргумента известные_значения_y равны 0, а точки данных аргумента известные_значения_x равны 1, то справедливо указанное ниже.

  • Наклон и ОТОКП возвращают #DIV/0! ошибку «#ВЫЧИС!». Алгоритм НАКЛОН и ОТОКП предназначен для поиска одного и только одного ответа, и в этом случае может быть несколько ответов.

  • Функция ЛИНЕЙН возвращает значение, равное 0. Алгоритм, используемый в функции ЛИНЕЙН, предназначен для возврата правдоподобных результатов для коллинеарных данных, а в этом случае может быть найдено по меньшей мере одно решение.

Пример

Скопируйте образец данных из следующей таблицы и вставьте их в ячейку A1 нового листа Excel. Чтобы отобразить результаты формул, выделите их и нажмите клавишу F2, а затем — клавишу ВВОД. При необходимости измените ширину столбцов, чтобы видеть все данные.

Данные
Известные значения y	Известные значения x
02.01.1900	6
03.01.1900	5
09.01.1900	11
01.01.1900	7
08.01.1900	5
07.01.1900	4
05.01.1900	4
Формула	Описание	Результат
=НАКЛОН(A3:A9;B3:B9)	Наклон линии линейной регрессии для точек данных в диапазонах A3:A9 и B3:B9.	0,305556

Угол наклона рельефа на местности: как измерить

Те пользователи, которые работают с рельефом в программе Наш Сад и используют для этого редактор Рельефа, знают: чтобы наклонить поверхность нужно задать угол ее наклона в градусах. Как же определить угол наклона рельефа подручными средствами, если в «кустах», случайно нет теодолита?

Метод вешек

Нам понадобятся: 3 колышка, шнур, рейка жесткая, уровень.
Вбиваем две вешки (колышка) по краям на перепаде высот (см. схему). Забиваем гвоздь или вкручиваем шуруп в произвольной точке С одной из вешек. Замеряем расстояние d от поверхности земли. Привязываем в этом месте шнур и с натяжением закрепляем его к другой вешке в точке А на том же, одинаковом расстоянии d от земли. Берем жесткую рейку, такую, чтобы не прогибалась и закрепляем на ней уровень. Устанавливаем рейку так, чтобы один ее конец находился в точке С, а другой лежал на еще одной вешке. Эту вешку забиваем в землю таким образом, чтобы она касалась натянутого шнура. Рейка на ней должна лежать горизонтально по уровню. Измеряем расстояние DE от шнура до рейки по вертикали и расстояние DС по горизонтали. Согласно схеме это длина рейки. Нам нужно найти значение угла β в градусах. Это и будет искомый угол наклона.


Мы легко можем измерить и вычислить соотношение DE/DC. В тригонометрии это тангенс угла – число, которое определяется соотношением противолежащего и прилежащего к этому углу катетов треугольника CDE. Зная это соотношение можно вычислить величину угла, например, воспользовавшись тригонометрической функцией, обратной тангенсу – арктангенсом.

Вычисляем угол наклона на калькуляторе Windows

Значение арктангенса вычисляем, используя стандартный калькулятор из состава Windows. Щелкаем кнопку «Пуск», переходим в раздел «Все программы», находим «Стандартные» и жмем «Калькулятор». Этот же результат достигнем, нажав сочетание клавиш WIN + R, набрав в строке «Выполнить» команду calc и щелкнув кнопку «OK».
Переключаем калькулятор в режим вычисления тригонометрических функций. Для этого открываем меню «Вид» и находим пункт «Инженерный» или «Научный» (в зависимости от версии используемой операционной системы).
Вводим известное значение тангенса. Это делаем с клавиатуры или щелкая нужные кнопки интерфейса калькулятора.
При этом выбираем единицу измерения «Градусы» – DEG, чтобы получить результат вычисления именно в градусах, а не в радианах или градах. Ставим метку в checkbox (пустом квадратике) с надписью Inv. Так инвертируем значения вычисляемых функций, обозначенные на кнопках калькулятора. Если такого “квадратика” нет, зажимаем кнопку Shift или “↑”. На рисунке слева нужные нам параметры подчеркнуты красной линией.
Щелкаем кнопку с надписью tg или tan (тангенс) и далее « = ». Калькулятор вычисляет значение функции обратной тангенсу – арктангенс. Это значение и будет искомым углом.

Вместо Win-калькулятора можно использовать, например, онлайн-калькуляторы тригонометрических функций. Найти такие сервисы в интернете достаточно легко, задав поиск в браузере.

Важно помнить!

Измерения на местности проводим как можно точнее и рейку устанавливаем точно по уровню. Имейте в виду, что если длина рейки пусть даже полтора-два метра, а длина отрезка АВ метров 15-20, то даже незначительное отклонение уровня от горизонтали дает существенную погрешность. Тем не менее это разумный способ.  Он позволяет, пусть и не совсем точно, определить угол наклона рельефа местности.
Используя подобие треугольников АВС и СDЕ можно вычислить также перепад высот: h=АВ*DE/ DС.

Изменение угла наклона электрода

Очень часто инструкторы спрашивают нас, можно ли переключить VRTEX™ 360 в режим сварки с отставанием электрода. Да, VRTEX™ 360 может работать как в режиме упреждения, так и отставания электрода. Для переключения режима нужно выполнить два действия:
• Изменить режим сварки
• Выбрать угол подачи электрода

Отображаемое на экране название поможет студентам сразу понять, какой в данный момент действует режим сварки (например, «С отставанием» или «С упреждением»). Изменение угла наклона электрода влияет на оценку студента и расположение визуальных подсказок (например, станет считаться правильным угол наклона 75°). Это позволит «объяснить» студенту и системе, каким на самом деле должен быть угол наклона электрода.

Перейти в режим сварки с отставанием электрода можно следующим образом:

1. В окне Входа в систему (Sign In) поверните ключ инструктора на четверть оборота вправо, чтобы перейти в «Режим инструктора» (Instructor Mode).
2. После этого выберите джойстиком поле «Допуски» (Tolerance) и нажмите на красную кнопку «Выбор» (Select).
3. Укажите нужные допуски. Если Вы уже пользуетесь собственным набором допусков, выберите его нажатием зеленой кнопки «Выбор допусков» (Set Tolerance). Если нет, создайте новый файл с любым названием и выберите его (если Вы не знаете, как это сделать, ознакомьтесь с руководством пользователя).
4. В окне «Выбор типа соединения» (Joint Selection Screen) выберите соединение, для которого Вы хотите внести изменения (например, горизонтальное Т-образное соединение толщиной 6 мм в пространственном положении 2F).
5. В режиме редактирования допусков с помощью белых кнопок «Дальше» (Next) и «Назад» (Previous) по сторонам цветной панели выбора выберите раздел «Угол наклона» (Travel Angle).
6. Выберите джойстиком нужное направление наклона электрода («Отставание» или «Опережение» (Drag или Push). После этого нажмите на зеленую кнопку «Выбрать допуски» (Set Tolerance) справа от цветной полосы выбора.
7. Следующий этап – это регулировка угла наклона электрода, потому что система также должна «знать» числовую величину угла наклона. С помощью джойстика перейдите в поле «Идеальное значение» (Ideal) в разделе «Угол наклона» и нажмите на красную кнопку «Выбор» (Select).
8. После этого выберите джойстиком нужный угол наклона.

Пример: если угол упреждения равен 105° и Вы хотите изменить его на угол отставания, Вам нужно будет выбрать 75°, так как угол отставания должен входить в дипазон от 0° до 90°. Для этого достаточно сделать простое вычисление:
угол отставания = 180° – угол упреждения

9. После выбора нужного угла нажмите на кнопку «Выбрать допуски».
10. Для выхода из окна Допусков и Режима инструктора несколько раз нажимите на оранжевую кнопку «Назад» (Back).

link 

Датчик угла наклона TKAM — АвтоГРАФ

Обзор

Датчик угла наклона предназначен для измерения углов наклона различных механизмов, преобразования полученных данных в цифровой код, аналоговый или частотный сигнал и передачи их устройству сбора данных. Дополнительно, вместе с измерением угла наклона, датчик TKAM может осуществлять измерение температуры и уровня вибрации, данные о которых передаются в цифровом виде по шине RS-485.

В качестве устройства сбора данных может выступать навигационный терминал, а также любое устройство, оснащенное цифровым интерфейсом либо аналоговым входом, позволяющим измерять частоту или напряжение в диапазоне выходных значений датчика.

На основных режимах устройство измеряет угол наклона относительно горизонтальной плоскости. При этом его можно устанавливать на любое подходящее для монтажа место. Это может быть и горизонтальная, и боковая плоскость, потому что уровень нулевого угла наклона в любом случае будет задан уже после установки датчика (через программу AGPConf).

 

Диапазон измерения наклона: от 0° до 180°.

Если же измеряемый элемент механизма опустится ниже этой оси вращения, датчик будет измерять угол в том же диапазоне, но по другую сторону плоскости.

В режимах «Тангаж» и «Крен» TKAM измеряет в диапазоне от +90° до -90° и не относительно плоскости, а относительно продольной или поперечной оси устройства.

На схемах это выглядит следующим образом:

 

Крен

 

 

Тангаж

 

Кроме того, у TKAM есть режим «Вне диапазона», который позволяет фиксировать превышение допустимых значений. Когда угол наклона превышает, либо становится ниже выбранного вами значения, выход датчика устанавливается в активное состояние. Таким образом, вам станет известно о превышении предельно допустимой нормы угла наклона.

Все показания прибора передаются в систему мониторинга, чтобы можно было следить за работой техники удаленно.

Что касается способа сбора данных, TKAM  разработан инженерами ООО «ТехноКом» как универсальное устройство, способное передавать как цифровой, так и аналоговый сигнал. Для передачи цифрового сигнала используется интерфейс RS-485 в протоколах AGHIP (AutoGRAPH Hardware Interface Protocol) или Modbus. В аналоговом варианте могут использоваться: частотно-модулированный импульсный сигнал, где частота прямо пропорциональна измеренному углу, или сигнал с напряжением, которое пропорционально значению угла.

Таким образом, данные могут собираться с помощью бортового контроллера «АвтоГРАФ», либо через другой бортовой контроллер с шиной RS-485 или аналоговым входом, через который можно измерять частоту и напряжение в диапазоне выходных значений датчика TKAM.

Выходные интерфейсы

• 1 ⨯ RS-485
• 1 ⨯ Аналоговый выход
• 1 ⨯ Частотный выход

Протокол интерфейса RS-485

Диапазон выходного напряжения

Максимальный ток нагрузки

• 50 мА для аналогового выхода
• 100 мА для частотного выхода

Тип частотного выхода

• Открытый коллектор

Диапазон частоты выходного сигнала

Точность измерения

Тип крепления

Напряжение питания

Степень защиты корпуса

Габаритные размеры

Температурный диапазон

Средний срок службы

Гарантия производителя

Самый быстрый словарь в мире: Vocabulary.com

угол наклона угол, образованный осью x и заданной линией

угол отражения угол между отраженным лучом и линией, перпендикулярной отражающей поверхности в точке падения

наклон акт наклона вперед

магнитное наклонение (физика) угол, который магнитная стрелка образует с плоскостью горизонта

угол погасания: угол от его оси, на который кристалл должен быть повернут, прежде чем он станет максимально темным при просмотре в поляризованном свете

возмущение чувство праведного гнева

угол падения Угол, который образует линия с линией, перпендикулярной к поверхности в точке падения

угол преломления угол между преломленным лучом и линией, перпендикулярной поверхности между двумя средами в точке преломления

дискриминация, несправедливое обращение с человеком или группой лиц на основе предубеждений

Англиканская община Национальная церковь Англии

магнитное склонение угол между магнитным севером и истинным севером

Нежелание определенной степени нежелания

угловое ускорение (физика) скорость изменения угловой скорости вращающегося тела

Anglicisation акт англизирования; внешний вид английский

Англизирование акт англизирования; внешний вид английский

внушение обучения или воздействие на разум частыми инструкциями

Самообвинение обвинение против самого себя

воплощение акт приписывания человеческих характеристик абстрактным идеям

агглютинация слипание мелких частиц, взвешенных в растворе; эти большие массы затем (обычно) осаждаются

инвагинация складывание наружного слоя с образованием кармана на поверхности

Угол наклона склона

Проще говоря, угол наклона — это мера расстояния между двумя линиями на графике.Поскольку линии на графике часто рисуются по диагонали, это пространство обычно имеет треугольную форму. Поскольку все треугольники измеряются их углами, это пространство между двумя линиями часто должно быть представлено «углами» наклона. Когда наклон линии не может быть измерен обычным способом, мы можем использовать угол наклона, потому что угол наклона и наклон линии фактически равны.

Наклон

Наклон — это отношение отклонения от вертикали к горизонтали линии на графике.Обычно это обозначается буквой m. Чем больше наклон линии, тем она круче. Если наклон представлен отрицательным числом, тогда линия на графике движется не вверх, а вниз.

Наклон

На обычном графике оси x и y делят друг друга пополам по перпендикуляру и образуют четыре прямых угла. На графике, где единственными линиями являются x и y, наклон всегда будет составлять 90 градусов. Это связано с тем, что наклон является мерой положительного участка оси x (два верхних квадранта графика) до тех пор, пока он не достигнет линии.В этом случае, поскольку единственная другая линия является осью Y, наклон охватывает весь верхний правый квадрант графика, составляя наклон 90 градусов. Любая горизонтальная линия имеет наклон 0, а любая вертикальная линия имеет наклон 90. Следует отметить, что горизонтальные линии отражают ось x, а вертикальные линии — ось y.

Функция касания

Функция тангенса используется в тригонометрии для определения меры угла в треугольнике. Касательная измеряет только угол между двумя линиями треугольника, которые не являются гипотенузой.Эту функцию не следует путать с другой касательной в математике, которая также имеет отношение к наклонам. Эта касательная — это точка, в которой наклон касается кривой другой функции. Что касается угла наклона склона, тангенс используется только для измерения угла и не используется никаким другим способом.

Угол наклона

Угол наклона склона — это мера наклона от оси x к линии или наклона на графике. Как и в случае с мерой наклона на графике, это мера угла, образованного между положительным участком оси x, движущимся против часовой стрелки, пока не достигнет наклона линии.Если наклон линии положительный, она проходит через правый верхний квадрант графика, и угол будет небольшим. Если наклон линии отрицательный, она проходит через верхний левый квадрант, и угол будет большим. Функция касательной используется для измерения этого угла и рассматривает ось x как одну линию треугольника, а наклон этой линии — как другую касательную линию. Наклон прямой и касательная всегда будут равны друг другу.

Углы наклона и склонения

Уголки высоты / наклона и Углы депрессии / склонения Углы подъема или наклона углы выше горизонтали, как если бы вы смотрели вверх с уровня земли в сторону вершина флагштока.Углы депрессии или склонения — это углы ниже горизонтали, как если бы вы смотрели из окна на основание здание на соседнем участке. Всякий раз, когда у вас есть один из этих углов, вы следует сразу начать представлять, как прямоугольный треугольник впишется в описание. Движение по прямой ровный участок шоссе в Аризоне, вы заметите особенно высокий сагуаро («suh-WARH-oh») кактус прямо рядом с отметкой мили.Смотреть на одометре вы съезжаете ровно на двух десятых мили вниз по дороге. Вытаскивая из ствола теодолит вашего сына, вы измеряете угол высоты от вашего положения до вершины сагуаро как 2,4 ° . Какой рост у кактуса с точностью до ближайшего целого числа? Две десятых мили составляют 0,2 × 5280 футов = 1056 футов, так что это мое горизонтальное расстояние. Мне нужно найти высоту х кактуса.Итак, я рисую прямоугольный треугольник и помечаю все, что знаю: . Масштаб не важен; я не удосужившись получить угол «вправо». Я использую рисование как способ отслеживать информацию; конкретный размер не имеет значения. Что имеет отношение , так это то, что У меня «противоположный» и «смежный» и угол мера.Это означает, что я могу создать и решить уравнение: До ближайшей ноги Сагуаро — 44 футов в высоту. Вы запускали воздушного змея на обрыве, но вам как-то удалось сбросить кайт в озеро ниже.Вы знаете, что раздали 325 футов веревки. Геодезист сообщает вам, что угол склонения от ваше положение к кайту — 15 ° . На какой высоте вы с геодезистом стоите обрыв? Сначала я рисую свой треугольник: Горизонтальная линия поперек верх — линия, от которой измеряется угол депрессии.Но по характеру параллельных линий такой же угол находится внизу. треугольник. Мне легче «увидеть» триггерные соотношения в нижний треугольник, и высота немного более очевидна. Так Я буду использовать эту часть рисунка. У меня «противоположное», гипотенуза и угол, поэтому я воспользуюсь коэффициентом синуса, чтобы найти рост. h /325 = sin (15 °) авторское право © Элизабет Стапель 2010-2011 Все права защищены h = 325 × sin (15 °) = 84,11618966 … Обрыв находится примерно на 84 футов над озером. Маяк стоит на возвышенности 100 м над уровнем моря.Если ∠ACD измеряет 60 ° и ∠BCD is 30 °, найти высоту маяка. Мне нужно выполнить это упражнение по шагам. Я не могу найти высоту башни, AB, пока у меня не будет длины базового компакт-диска.(Представьте, что D перемещается вправо, чтобы встретить продолжение AB, образуя прямоугольный треугольник.) Для этого вычисления я буду использовать высоту холма. Чтобы минимизировать ошибку округления, я буду использовать все цифры из моего калькулятора в моих вычислениях, и пытаюсь «унести» все вычисления в моем калькуляторе .. Теперь, когда у меня есть длина основания, Я могу найти общую высоту, используя угол, который измеряет высоту от уровня моря до вершины башни. Отлично! Сохраняя все цифры и проводя вычисления в своем калькуляторе, я получил точный ответ. Без округления! Но мне нужно вычесть, потому что «300» высота от воды до вершины башни. Первая сотня метров этой общей высоты — холм, поэтому: Вверх | Вернуться к индексу Цитируйте эту статью как: Стапель, Елизавета.«Углы наклона и склонения». Пурпурная математика . Доступна с https://www.purplemath.com/modules/incldecl.htm . Доступ [Дата] [Месяц] 2016

НАЙТИ УРОК Этот урок можно распечатать для личного пользования.

Градиент (или наклон) линии и наклон

Приложение: Дорожный знак, обозначающий крутой уклон.
Уклон дороги «15%» эквивалентен «m = 0,15».

Наклон (также известный как наклон ) линии определяется как

`» gradient «= текст (вертикальный подъем) / текст (горизонтальный бег`

На следующей диаграмме уклон линии AB определяется выражением: `a / b`

Как правило, для линии, соединяющей точки ( x ₁ , y ₁ ) и ( x ₂ , у ₂ ) имеем:

Теперь мы можем написать формулу для наклона прямой.

Градиент линии формулы

Как видно из диаграммы выше, угол наклона (обычно обозначается как м ) определяется по формуле:

`m ​​= (y_2-y_1) / (x_2-x_1`

Интерактивный график — наклон прямой

Вы можете изучить концепцию наклона линии на следующем интерактивном графике (это не фиксированное изображение).

Перетащите либо точку A ( x ₁ , y ₁ ) или точку B ( x ₂ , y ₂ градиент), чтобы исследовать, как работает.Числа будут обновляться по мере взаимодействия с графиком.

Обратите внимание, что происходит со знаком (плюс или минус) наклона, когда точка B находится выше или ниже A.

Наклон `= (y_2 — y_1) / (x_2 — x_1)`

`= (BC) / (AC)`

Авторские права © www.intmath.com

Вы можете перемещать график вверх-вниз, влево-вправо, если удерживаете клавишу «Shift», а затем перетаскиваете график.

Если заблудились, всегда можно обновить страницу.

Пример

Найдите наклон прямой, соединяющей точки (−4, −1) и (2, −5).

Ответ

Это задействованные точки:

Итак, уклон:

`m ​​= (y_2-y_1) / (x_2-x_1`

`= (- 5 — (- 1)) / (2 — (- 4)`

`= (- 4) / 6`

`= -2 / 3`

Обратите внимание, что наклон отрицательный . Линия идет «вниз по склону», когда мы движемся слева направо.

Положительные и отрицательные склоны

Как правило, положительный наклон указывает, что значение зависимой переменной (обычно y ) увеличивается , когда мы идем слева направо:

Зависимая переменная на приведенном выше графике — это значение y , а независимая переменная — x .

Отрицательный наклон означает, что значение зависимой переменной (обычно y ) равно , уменьшаясь на , когда мы идем слева направо:

Наклон

У нас есть линия с уклоном м и углом, который линия составляет с x — ось α.

Из тригонометрии напомним, что тангенс угла α определяется как:

`tan \ alpha = текст (напротив) / текст (рядом)`

Теперь, поскольку наклон также определяется как противоположный / смежный, мы имеем:

Это дает нам результат:

tan α = м

Тогда мы можем найти угол α , используя

α = arctan м

(то есть α = tan ^-1 м )

Этот угол α называется наклоном линии.@ `

ПРИМЕЧАНИЕ: Размер угла α (по определению) только между `0 °` и `180 °`.

Упражнение 2

Найдите наклон прямой α = 137 °.

Ответ

Ситуация следующая:

Итак, уклон:

м = tan α

= загар 137 °

= -0,933

Обратите внимание, что наклон отрицательный.

Исследование влияния угла наклона вектора магнитного поля на кремниевые фотоэлектрические модули

В более ранних исследованиях мы показали теоретически и экспериментально, что магнитные поля (МП) оказывают негативное влияние на кремниевый фотоэлектрический модуль (фотоэлектрический модуль). Наблюдалось заметное снижение фототока при небольшом увеличении фотоэдс. Также было изучено, как эти поля влияют на другие ключевые параметры модуля. Эти исследования пришли к выводу, что увеличение величины МП привело к снижению эффективности кремниевого фотоэлектрического модуля.Предыдущие экспериментальные исследования предполагали, что вектор МП образует нулевой угол наклона по отношению к светочувствительной грани модуля. Они не учитывали какой-либо эффект, который можно было бы наблюдать при наклоне вектора поля. Настоящая экспериментальная работа является попыткой восполнить этот пробел. Характеристические кривые фотоэлектрического модуля построены в одной системе осей для разных значений угла наклона вектора МП. Соответственно, также определялись характеристические значения (,,,, и) фотоэлектрического модуля.Эти параметры затем позволили рассчитать КПД модуля, его коэффициент заполнения, а также последовательные и шунтирующие сопротивления эквивалентной схемы. Замечено, что эффективность модуля увеличивается с наклоном вектора МП, указывая на то, что влияние МП на модуль PV уменьшается, когда его вектор выравнивается в направлении, перпендикулярном основанию модуля. Например, при повороте от 0 до 90 ° выходная мощность и, следовательно, КПД фотоэлектрического модуля относительно увеличиваются на 14%.

1. Введение

В действительности фотоэлектрические модули почти никогда не эксплуатируются в стандартных условиях испытаний (температура модуля 25 ° C, солнечное излучение 1000 Вт на м ² и масса воздуха 1,5). Таким образом, их ожидаемая производительность также почти никогда не достигается. Это необходимо добавить к проблемам деградации, вызванной их воздействием ультрафиолетового излучения, высоких температурных градиентов [1, 2], пыли и влажности [3] и т. Д. Кроме того, теоретически установлено, что магнитные поля отрицательно влияют на характеристики фотоэлектрических модулей. ячейки и модули [4–8].

Чтобы поддержать теоретические исследования, некоторые исследователи экспериментально исследовали влияние магнетизма на поведение фотоэлементов (фотоэлементов) или фотоэлектрических модулей. Betser et al. [9] провели эксперимент, который привел к установлению некоторых особенно интересных уравнений магнитотранспорта. Их исследование привело, среди прочего, к определению влияния внешних магнитных полей на ток, который проходит через базу биполярного транзистора с гетеропереходом.

Экспериментальные исследования Эреля [10, 11] показали, что магнитные поля влияют на электрические параметры любого из трех основных типов фотоэлементов: монокристаллических, поликристаллических и аморфных. Влияние было более выраженным на напряжение холостого хода и на ток короткого замыкания. Действительно, он пришел к выводу, что когда эти три типа фотоэлементов освещаются вольфрамовой лампой переменной интенсивности, они уменьшаются по сравнению с интенсивностью МП, приложенного к фотоэлементу [10].

В другом исследовании Vardanyan et al. [12] разработали метод оценки длины диффузии, коэффициента диффузии, подвижности носителей заряда и скорости рекомбинации задней поверхности двусторонней фотоэлектрической ячейки. Его основание было положительно легировано, чтобы получить фотоэлемент n-p типа. При освещении монохроматическим светом его параметры рекомбинации были получены путем измерения фототока короткого замыкания на двух отдельных длинах волн с , сначала в присутствии, а затем в отсутствие магнитного поля, и с использованием выражения электронного фототока и связанного с ним параметры.

Combari et al. [13] провели ряд экспериментальных исследований с целью оценки влияния интенсивности внешнего МП на вольт-амперную и вольт-амперную характеристику солнечного модуля из монокристаллического кремния, подвергающегося постоянному солнечному облучению. Они обнаружили, что эффективность модуля падает с увеличением интенсивности МП. Это произошло в результате значительного падения всех токов, которые подает фотоэлектрический модуль, даже несмотря на небольшое увеличение напряжений.

Фатхабади [14] провел теоретические и экспериментальные исследования влияния электромагнитного поля, создаваемого высоковольтными линиями передачи, на мощность солнечных модулей, размещенных поблизости. Он обнаружил, что влияние электрического компонента электромагнитной волны, которую индуцируют эти линии, равно нулю, в то время как магнитная составляющая снижает выходную мощность, генерируемую фотоэлектрическим модулем. В другом теоретическом и экспериментальном исследовании [15] он исследовал влияние электрического и магнитного полей переменного тока на производство электроэнергии фотоэлементом.Он обнаружил, что это электрическое поле не влияет на их напряжение холостого хода и электрическую мощность. Однако эти два параметра уменьшаются с переменным магнитным полем. Он также провел сравнительное исследование влияния МП на фототок трех типов фотоэлементов (органических, сенсибилизированных красителем и кремниевых солнечных элементов) [16]. Он обнаружил, что плотность фототока органического элемента с гетеропереходом увеличивается с увеличением МП, тогда как его влияние на фототок сенсибилизированных красителем и кремниевых солнечных элементов вызывает уменьшение.

В своем трехмерном исследовании Sourabié et al. [17] теоретически показали, что наклон вектора магнитного поля влияет на выход фотоэлемента из поликристаллического кремния. Их исследование показало, что выход ячейки из поликристаллического кремния увеличивается при перемещении от 0 до 90 °.

В этой статье мы экспериментально проверили влияние угла наклона вектора МП на характеристики фотоэлектрического модуля из монокристаллического кремния. Интенсивность МП поддерживалась постоянной, пока проводились измерения для различных углов наклона вектора МП.Кривые вольт-амперной и вольт-амперной характеристики были построены и затем проанализированы, чтобы измерить степень влияния угла наклона вектора МП на работу фотоэлектрического модуля. Были разработаны характеристические параметры (,,, и) фотоэлектрического модуля, а затем коэффициент заполнения, эффективность преобразования мощности, последовательное сопротивление и шунтирующее сопротивление.

2. Материалы и методы

На протяжении всего эксперимента на фотоэлектрический модуль сохранялось постоянное солнечное излучение, пока он подвергался воздействию МП постоянной интенсивности.Хотя интенсивность МП оставалась постоянной, его вектор мог свободно вращаться в плоскости, образуя угол с осью.

Фотоэлектрический модуль, использованный в этом исследовании, состоял из 36 ячеек, установленных последовательно. Предполагалось, что каждая ячейка подвергалась воздействию магнитного поля, наклоненного под углом к ​​плоскости, параллельной ее светочувствительной области, как показано на рисунке 1. Было выполнено изменение в виде плоскостей развертки, параллельных плоскости. Дивергенция внутри фотоэлектрической ячейки принималась равной нулю.

Фотоэлектрические модули обычно состоят из n наборов Np параллельных цепочек, установленных последовательно, причем каждая цепочка имеет количество ячеек Ns. Фотоэлектрический модуль, рассматриваемый в этом исследовании, состоит из 36 ячеек, установленных последовательно. В этом случае и.

Каждая ячейка имеет поверхность 7,5 см ² . Синоптическая схема этого фотоэлектрического модуля приведена на рисунке 2 [8].

От V1 до V36 : напряжение на каждой из 36 ячеек фотоэлектрического модуля.

Схема экспериментальной установки, используемой в этом исследовании, показана на рисунке 3 [13].

В отличие от нашего предыдущего эксперимента, в котором угол наклона вектора МП оставался равным нулю, в настоящей работе изменяются и вольт-амперные характеристики (IV), а также характеристики мощности и напряжения (PV). определены.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Вольт-амперные характеристики фотоэлектрического модуля в зависимости от угла наклона

С экспериментальной установкой, описанной в предыдущем разделе, ток фотоэлектрического модуля был измерен в зависимости от его напряжения для пяти различных значений угла наклона вектора МП. .Интенсивность солнечного излучения и магнитного поля поддерживалась постоянной на уровне 630 Вт · м ^-2 и 15 мТл соответственно, а средняя температура окружающей среды составляла около 39 ° C. На рис. 4 представлены вольт-амперные кривые для каждого значения угла наклона вектора МП.

Как видно на рисунке 4, сила тока увеличивается с наклоном вектора МП. Действительно, вектор магнитного поля имеет горизонтальную и вертикальную составляющие.Компонент расположен параллельно стыку каждой ячейки, как показано на рисунке 1. Это компонент, который воздействует на неосновные носители (электроны) посредством силы Лоренца, тем самым отрицательно влияя на производительность фотоэлектрического модуля. Поскольку его значение уменьшается с увеличением угла наклона, отклонение электронов к боковым поверхностям уменьшается, что приводит к уменьшению накопления электронов вблизи перехода. Чистый эффект — увеличение фототока фотоэлектрического модуля.Точно так же, когда значение компонента уменьшается с увеличением, это приводит к падению градиента концентрации неосновных носителей заряда между передней и задней гранями ячеек. Следовательно, большее количество фотогенерируемых зарядов может пересекать соединение ячеек и участвовать в фототоке. Затем наблюдается небольшое снижение напряжения.

Таким образом, увеличение угла наклона вектора МП приводит к увеличению силы тока в целом и тока короткого замыкания в частности.Напротив, напряжение холостого хода уменьшается. В целом, чистое влияние МП на работу фотоэлектрического модуля уменьшается с увеличением угла наклона его вектора.

3.2. Характеристические кривые мощность-напряжение в зависимости от угла наклона

Аналогичным образом мощность, подаваемая на нагрузку фотоэлектрическим модулем, также измерялась в зависимости от его напряжения для пяти различных значений угла наклона вектора МП при интенсивности солнечного излучения и интенсивности солнечного излучения. магнитное поле поддерживалось постоянным, как установлено ранее.Результаты представлены на рисунке 5.

Как видно на рисунке 5, характеристики мощности и напряжения показывают, что выходная мощность фотоэлектрического модуля под влиянием МП увеличивается с увеличением угла наклона вектора поля. . Это соответствует результатам, представленным в предыдущем разделе. Действительно, влияние МП становится слабым по мере того, как его вектор поля больше наклоняется по отношению к светочувствительной поверхности фотоэлектрического модуля. Действительно, когда вектор поля становится перпендикулярным светочувствительной поверхности (случай °), тенденция кривой мощности-напряжения почти такая же, как и в случае отсутствия магнитного поля; это означает, что влияние МП на фотоэлектрический модуль полностью прекращается.Напротив, когда вектор поля совпадает со светочувствительной гранью (случай °), влияние МП становится максимальным; следовательно, выходная мощность модуля достигает минимального значения.

3.3. Электрические характеристики фотоэлектрического модуля в зависимости от угла наклона

Наложение кривых тока-напряжения (IV) и мощности-напряжения (PV) фотоэлектрического модуля на одной и той же системе осей позволяет определять характеристические параметры (, « и) фотоэлектрического модуля.Как только они известны, они, в свою очередь, используются для расчета коэффициента заполнения FF и эффективности фотоэлектрического модуля [8].

Рисунок 6 подтверждает результаты, показанные на рисунках 4 и 5. Рисунок отображает напряжение, ток и выходную мощность фотоэлектрического модуля в точке максимальной мощности, а также напряжение холостого хода и ток короткого замыкания для 5 различных значений угла наклона вектора МП. По мере увеличения угла наклона вектора МП напряжение незначительно уменьшается, а ток значительно увеличивается.Чистый эффект — увеличение выходной мощности, которая достигает максимума при ^o . Максимальная выходная мощность увеличивается на 3%, 7%, 10% и 14% при увеличении от 0 до 30 °, от 0 до 45 °, от 0 до 60 ° и от 0 до 90 ° соответственно.

Поскольку фотоэлектрический модуль подвергался средней солнечной радиации 630 Вт · м ^-2 , а поверхность фотоэлектрического модуля составляла 0,027 м ^-2 , то падающая солнечная энергия составляет 17 Вт. Это полезно при вычислении эффективности, которая определяется уравнением (1).

Коэффициент заполнения i s , вычисленный по уравнению (2).

Сгруппированная столбчатая диаграмма на Рисунке 7 представляет коэффициент заполнения и эффективность модуля PV для различных углов наклона вектора MF.

Значения коэффициента заполнения FF уменьшаются с увеличением угла наклона вектора MF, как это видно на Рисунке 7. Коэффициент заполнения FF немного уменьшается с увеличением. Когда вектор MF наклоняется от 0 до 30 °, от 0 до 45 °, от 0 до 60 ° и от 0 до 90 °, ∆FF / FF уменьшается на 3.5%, 4,1%, 5,1% и 5,4% соответственно. Действительно, как указывалось ранее, с увеличением угла ток короткого замыкания увеличивается со скоростью, превышающей скорость, с которой уменьшается напряжение холостого хода. Это приводит к падению FF, как это математически ожидается из уравнения (2).

Наоборот, на Рисунке 7, КПД увеличивается в том же порядке, что и увеличение выходной мощности фотоэлектрического модуля, то есть на 3%, 7%, 10% и 14% при увеличении от 0 до 30. °, от 0 до 45 °, от 0 до 60 ° и от 0 до 90 ° соответственно.

3.4. Последовательные и шунтирующие сопротивления против угла наклона

Последовательные и шунтирующие сопротивления были рассчитаны путем адаптации уравнений, рекомендованных Каримом и др. [18] и используя ранее предоставленные характеристические значения.

Расчетные значения двух сопротивлений эквивалентной схемы для 5 различных значений угла наклона вектора МП показаны на рисунке 8.

Как видно из рисунка 8, чем больше угол наклона вектора МП. наклон увеличивается, тем больше уменьшается последовательное сопротивление и сопротивление шунта.Это означает, что чем больше угол наклона, тем меньше влияние МП на оба сопротивления. В качестве иллюстрации, при перемещении от 0 до 90 ° относительное уменьшение последовательного и шунтирующего сопротивлений составляет 47% и 36% соответственно. Фактически, когда вектор МП становится нормальным к светочувствительной поверхности модуля (случай °), последовательное и шунтирующее сопротивления принимают почти те же значения, что и зарегистрированные в отсутствие магнитного поля.

Увеличение тока короткого замыкания означает уменьшение последовательного сопротивления фотоэлектрического модуля.С другой стороны, уменьшение напряжения холостого хода означает уменьшение сопротивления шунта, которое не позволяет электронам пересекать переход (ток утечки), что приводит к меньшему накоплению носителей в переходе. Одновременное уменьшение последовательного и шунтирующего сопротивлений фотоэлектрического модуля при изменении от 0 до 90 ° подтверждает постепенное падение магнитосопротивления, которое в конечном итоге исчезает при °.

4. Выводы

Предыдущие исследования показали, что производительность кремниевых фотоэлектрических модулей обычно падает при установке вблизи магнитных полей.В этих исследованиях, однако, предполагалось, что магнитное поле совмещено со светочувствительной областью фотоэлектрического модуля; они не учитывали влияние направления вектора МП на работу фотоэлектрического модуля. Настоящая экспериментальная работа была попыткой восполнить этот пробел.

Были построены вольт-амперные и вольт-амперные характеристики кремниевого фотоэлектрического модуля в зависимости от наклона вектора МП. Кроме того, выходная мощность фотоэлектрического модуля с точки зрения выработанной мощности, коэффициента заполнения и эффективности, среди прочего, были рассчитаны при различных углах наклона МП.

Эксперимент проводился при магнитном поле 15 мТл, средней солнечной энергии 630 Вт · м ^-2 и средней температуре окружающей среды около 39 ° C. Угол наклона вектора МП варьировался относительно светочувствительной грани фотоэлектрического модуля.

Анализ результатов показывает, что при увеличении угла наклона вектора МП от 0 до 90 ° интенсивность токов (и) увеличивается, а напряжения (и) несколько снижаются.Результирующий чистый эффект — уменьшение коэффициента заполнения, последовательного и шунтирующего сопротивлений, а также увеличение выходной мощности и, соответственно, эффективности фотоэлектрического модуля.

В качестве иллюстрации, при перемещении от 0 до 90 ° относительное уменьшение последовательного и шунтирующего сопротивлений составляет 47,44% и 36% соответственно, а коэффициент заполнения — 5,4%. В том же диапазоне отклонения угла наклона вектора МП выходная мощность и, следовательно, КПД фотоэлектрического модуля увеличиваются на 14%.

По мере того, как углы, образованные магнитным полем и светочувствительной поверхностью модуля, увеличиваются от 0 до 90 °, значения всех параметров сходятся к тем, которые были зарегистрированы при отсутствии магнитного поля. При 90 ° они принимают практически те же значения, что и при отсутствии МП. Эти результаты показывают, что когда он перпендикулярен стыку каждой ячейки фотоэлектрического модуля, его влияние на фотоэлектрический модуль исчезает.

Эти результаты объясняются тем фактом, что именно компонент вектора МП, параллельный стыку каждой ячейки, воздействует на неосновные носители (электроны), таким образом отрицательно влияя на производительность фотоэлектрического модуля.Поскольку уменьшается с увеличением угла наклона, отклонение электронов к боковым поверхностям уменьшается, что приводит к уменьшению накопления электронов вблизи перехода. В целом, чистое влияние на работу фотоэлектрического модуля уменьшается с увеличением угла наклона его вектора.

Из этого исследования следует, что влияние магнитного поля на работу кремниевого фотоэлектрического модуля в значительной степени зависит от угла наклона его вектора.Поэтому важно учитывать этот угол, когда фотоэлектрические модули должны быть установлены в среде, где присутствует магнитное поле. Чтобы смягчить или отменить влияние МП на кремниевый фотоэлектрический модуль, необходимо, чтобы вектор магнитного поля был выровнен в направлении, перпендикулярном светочувствительной области модуля.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы благодарны BUF 01 Международной научной программы (ISP) за поддержку их исследовательской группы (энергия и окружающая среда).

Integrated Publishing — Ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

Integrated Publishing — Ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

Администрация — Военнослужащие. Навыки, процедуры, обязанности и т. Д.

Продвижение — Военное продвижение по службе книги и др.

Аэрограф / Метеорология — Метеорология основы, физика атмосферы, атмосферные явления и др.
Руководство по аэрографии и метеорологии ВМФ

Автомобили / Механика — Руководства по обслуживанию автомобилей, механика дизельных и бензиновых двигателей, руководства по автомобильным запчастям, руководства по запчастям дизельных двигателей, руководства по запчастям для бензиновых двигателей и т. Д.
Автомобильные аксессуары | Перевозчик, Персонал | Дизельные генераторы | Механика двигателя | Фильтры | Пожарные машины и оборудование | Топливные насосы и хранилище | Газотурбинные генераторы | Генераторы | Обогреватели | HMMWV (Хаммер / Хаммер) | и т.п…

Авиация — Принципы полета, авиастроение, авиационная техника, авиационные силовые установки, руководства по авиационным деталям, руководства по деталям самолетов и т. д.
Руководства по авиации ВМФ | Авиационные аксессуары | Общее техническое обслуживание авиации | Руководства по эксплуатации вертолетов AH-Apache | Руководства по эксплуатации вертолетов серии CH | Руководства по эксплуатации вертолетов Chinook | и т.д …

Боевой — Служебная винтовка, пистолет меткая стрельба, боевые маневры, органическое вспомогательное оружие и т. д.
Химико-биологические, маски и оборудование | Одежда и индивидуальное снаряжение | Инженерная машина | и т.д …

Строительство — Техническое администрирование, планирование, оценка, календарное планирование, планирование проекта, бетон, кладка, тяжелые строительство и др.
Руководства по строительству военно-морского флота | Агрегат | Асфальт | Битуминозный распределитель кузова | Мосты | Ведро, раскладушка | Бульдозеры | Компрессоры | Обработчик контейнеров | Дробилка | Самосвалы | Земляные двигатели | Экскаваторы | и т.п…

Дайвинг — Руководства по дайвингу и утилизации разного оборудования.

Чертежник — Основы, приемы, составление проекций, эскизов и др.

Электроника — Руководства по обслуживанию электроники для базового ремонта и основ. Руководства по компьютерным компонентам, руководства по электронным компонентам, руководства по электрическим компонентам и т. Д.
Кондиционер | Усилители | Антенны и мачты | Аудио | Аккумуляторы | Компьютерное оборудование | Электротехника (NEETS) (самая популярная) | Техник по электронике | Электрооборудование | Электронное общее испытательное оборудование | Электронные счетчики | и т.п…

Инженерное дело — Основы и приемы черчения, черчение проекций и эскизов, деревянное и легкокаркасное строительство и др.
Военно-морское дело | Программа исследования прибрежных заливных отверстий в армии | так далее…

Еда и кулинария — Руководства по рецептам и оборудованию для приготовления пищи.

Логистика — Логистические данные для миллионов различных деталей.

Математика — Арифметика, элементарная алгебра, предварительное исчисление, введение в вероятность и т. д.

Книги медицинские — Анатомия, физиология, пациент уход, оборудование для оказания первой помощи, аптека, токсикология и др.
Медицинские руководства ВМФ | Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний

MIL-SPEC — Государственные стандарты MIL и другие сопутствующие материалы

Музыка — Мажор и минор масштабные действия, диатонические и недиатонические мелодии, ритм биения, пр.

Ядерные основы — Теории ядерной энергии, химия, физика и др.
Справочники DOE

Фотография и журналистика — Теория света, оптические принципы, светочувствительные материалы, фотографические фильтры, копия редактирование, написание статей и т. д.
Руководства по фотографии и журналистике военно-морского флота | Армейская фотография Полиграфия и пособия по журналистике

Религия — Основные религии мира, функции поддержки поклонения, венчания в часовне и т. д.

Использование акселерометра для измерения наклона

Кристофер Дж.Фишер

Сотовые телефоны теперь обычно меняют ориентацию экрана, когда пользователь поворачивает телефон. В этой статье обсуждаются основные принципы и необходимые расчеты для преобразования выходного сигнала акселерометра в угол наклона.

Одним из распространенных методов определения наклона или наклона системы является интегрирование выходного сигнала гироскопа. Хотя этот метод прост, ошибка, связанная со стабильностью нулевого смещения, может быстро увеличиваться по мере увеличения периода интегрирования, вызывая кажущееся вращение, даже когда устройство неподвижно.

В некоторых приложениях, где чистое ускорение или сила, действующая на систему с течением времени, является силой тяжести, акселерометр может использоваться для измерения статического угла наклона или наклона. К таким приложениям относятся игры, обнаружение горизонта в цифровых камерах и определение направления устройства в промышленных и медицинских приложениях.

Основное предположение при измерении наклона с помощью акселерометра состоит в том, что единственный стимул ускорения связан с силой тяжести. На практике обработка сигнала может выполняться на выходе сигнала, чтобы удалить высокочастотную составляющую из выходного сигнала, поэтому некоторое ускорение переменного тока можно допустить.

Датчик наклона использует вектор силы тяжести и его проекцию на оси акселерометра для определения угла наклона. Поскольку сила тяжести — это ускорение постоянного тока, любые силы, которые приводят к дополнительному ускорению постоянного тока, искажают выходной сигнал и приводят к неверным расчетам. Источники ускорения постоянного тока включают период времени, когда транспортное средство ускоряется с постоянной скоростью, и вращающиеся устройства, которые вызывают центростремительное ускорение на акселерометре. Кроме того, вращение акселерометра под действием силы тяжести вызывает кажущееся ускорение переменного тока, поскольку проекция силы тяжести на интересующие оси изменяется.Любая фильтрация сигнала ускорения перед вычислением наклона влияет на то, как быстро выход установится на новое статическое значение.

В этой статье обсуждаются основные принципы преобразования выходного сигнала акселерометра в угол наклона. Это обсуждение включает в себя, как рассчитать идеальный угол наклона для решения с одной, двумя или тремя осями. Кроме того, включена некоторая основная информация о калибровке, чтобы уменьшить погрешность из-за смещения и несоответствия чувствительности.

Расчет наклона / наклона

Расчет наклона по одной оси

В приложениях, где измерение наклона требуется только для ограниченного угла и с несколько грубым разрешением, одноосевое устройство (или многоосевое устройство).

Например, на рисунке 1 одна ось (ось x в этом примере) вращается под действием силы тяжести. Поскольку этот подход использует только одну ось и требует вектора силы тяжести, вычисленный угол наклона является точным только тогда, когда устройство ориентировано так, что ось x всегда находится в плоскости силы тяжести.Любое вращение вокруг других осей уменьшает величину ускорения по оси x и приводит к ошибке в вычисленном угле наклона.

Рис. 1. Одна ось, используемая для измерения наклона.

Что касается базовой тригонометрии, проекция вектора силы тяжести на ось x дает выходное ускорение, равное синусу угла между осью x акселерометра и горизонтом.Горизонт обычно считается плоскостью, ортогональной вектору силы тяжести. Для идеального значения 1 г для силы тяжести выходное ускорение составляет:
При использовании решения с одной осью обратите внимание, что чувствительность — то есть изменение выходного сигнала для некоторого изменения входного — вычисления наклона уменьшается по мере увеличения угла между горизонтом и осью x, приближаясь к нулю. когда угол приближается к ± 90 °. Это можно увидеть на рисунке 2, где выходное ускорение в g отложено в зависимости от угла наклона.Около ± 90 °, большое изменение угла наклона приводит к небольшому изменению выходного ускорения.

Поскольку расчет наклона выполняется в цифровом виде, выходное ускорение представляется как постоянное ускорение на младший бит (LSB) или код, полученный либо от аналого-цифрового преобразователя (ADC), либо непосредственно от цифровой выходной части. Поскольку выходное разрешение представляет собой постоянное ускорение, разрешение в градусах наклона является переменным, с наилучшим разрешением, близким к 0 °, и худшим разрешением при ± 90 °.

Рис. 2: Ускорение на выходе в зависимости от угла наклона для определения наклона по одной оси.

На рисунках 3 и 4 показана возрастающая чувствительность для шагов по углу наклона 1 ° и 0,25 °. Инкрементальная чувствительность — это изменение выходного сигнала, показанное в мг на шаг угла наклона, или
где:
N — текущий угол.
P — размер шага.

Рис. 3: Чувствительность приращения наклона для шагов 1 °.

Эти кривые можно использовать для определения минимально необходимого разрешения при измерении выходного ускорения, чтобы обеспечить желаемое разрешение по углу наклона для всего диапазона применения. Например, при проектировании с максимальным размером шага 1 ° разрешение не менее 8 мг / младший значащий бит необходимо для диапазона ± 63 °.Точно так же для достижения максимального размера шага 0,25 ° для диапазона ± 63 ° требуется разрешение не менее 2 мг / младший бит. Обратите внимание, что, если присутствует достаточное количество любого из них, можно использовать передискретизацию для достижения лучшего разрешения.

Рис. 4: Повышенная чувствительность к наклону для шагов 0,25 °.

Поскольку выходной сигнал акселерометра подчиняется синусоидальной зависимости, поскольку он вращается под действием силы тяжести, преобразование ускорения в угол выполняется с помощью функции обратной синусоиды,
где угол наклона θ выражен в радианах.

Если требуется узкий диапазон наклона, вместо функции обратной синусоиды можно использовать линейное приближение. Линейное приближение относится к приближению синуса для малых углов,

где угол наклона θ выражен в радианах.
где угол наклона θ выражен в радианах.

Преобразование в градусы осуществляется умножением результата уравнения 5 на (180 / π).На рисунке 5 показано сравнение использования обратной синусоидальной функции и линейной аппроксимации с k, равным 1. По мере увеличения величины угла наклона линейная аппроксимация начинает давать сбой, и вычисленный угол отклоняется от фактического угла.

Поскольку рассчитанный угол откладывается от фактического угла наклона, линейное приближение кажется изгибаемым у концов. Это связано с тем, что линейное приближение является линейным только по сравнению с выходным ускорением, и, как показано на рисунке 2, выходное ускорение ведет себя аналогично при увеличении фактического угла наклона.Однако функция обратной синусоиды должна давать выходной сигнал, который является однозначным с фактическим углом наклона, в результате чего вычисленный угол будет прямой линией при нанесении на график против фактического угла наклона.

Рисунок 5: Сравнение обратной синусоидальной функции и линейной аппроксимации для расчета угла наклона.

Например, если желаемое разрешение измерения наклона составляет 1 °, ошибка составляет ± 0.5 ° приемлемо, потому что это меньше ошибки округления при расчете. Если ошибка между фактическим углом наклона и расчетным углом наклона нанесена на график для k, равного 1, как показано на рисунке 6, допустимый диапазон для линейного приближения составляет всего ± 20 °. Если коэффициент масштабирования настроен так, что ошибка максимизируется, но остается в пределах округления вычислений, допустимый диапазон линейного приближения увеличивается до более чем ± 30 °.

Рисунок 6: Расчетная угловая ошибка для различных коэффициентов масштабирования.

Расчет наклона по двум осям

Одним из ограничений измерения наклона по одной оси является необходимость в АЦП с высоким разрешением или цифровом выходе для достижения большого диапазона допустимых углов наклона, как показано на рисунках 3 и 4. Еще одно ограничение — что одноосное измерение не может обеспечить измерение на 360 °, потому что ускорение, генерируемое при наклоне N °, такое же, как ускорение, генерируемое при наклоне 180 ° — N °.

Для некоторых приложений это приемлемо, но для приложений, требующих более высокого разрешения или способности различать углы наклона по полной дуге 360 °, необходима вторая ось, как показано на рисунке 7, или второй датчик.Если используется второй датчик, он должен быть ориентирован так, чтобы ось восприятия первого датчика.

Рис. 7. Две оси, используемые для определения наклона.

Включение второй оси в определение угла наклона дает три основных преимущества. Эти преимущества описаны в следующих разделах.

Постоянная чувствительность

Первое главное преимущество использования второй оси связано с ортогональностью осей.Как и в одноосном решении, ускорение, обнаруживаемое по оси x, пропорционально синусу угла наклона. Ускорение по оси Y из-за ортогональности пропорционально косинусу угла наклона (см. Рисунок 8). По мере уменьшения инкрементальной чувствительности одной оси, например, когда ускорение на этой оси приближается к +1 g или -1 g , инкрементная чувствительность другой оси увеличивается.

Рис. 8: Ускорение на выходе в зависимости от угла наклона для двухосного измерения наклона.

Одним из способов преобразования измеренного ускорения в угол наклона является вычисление обратного синуса оси x и обратного косинуса оси y, аналогично решению для одной оси. Однако более простой и эффективный подход — использовать соотношение двух значений, что приводит к следующему:
где угол наклона θ выражен в радианах.

В отличие от примера с одной осью, использование отношения двух осей для определения угла наклона очень затрудняет определение возрастающей чувствительности. Вместо этого более полезно определить минимально необходимое разрешение акселерометра с учетом желаемого разрешения по углу наклона. Учитывая, что возрастающая чувствительность одной оси увеличивается по мере того, как другая уменьшается, конечным результатом является эффективная дополнительная чувствительность, которая примерно постоянна. Это означает, что выбора акселерометра с разрешением, достаточным для достижения желаемого размера шага наклона при одном угле, достаточно для всех углов.

Чтобы определить минимально необходимое разрешение акселерометра, уравнение 6 исследуется, чтобы определить, где находятся ограничения разрешения. Поскольку выходной сигнал каждой оси зависит от синуса или косинуса угла наклона, а угол наклона для каждой функции одинаков, минимальный разрешаемый угол соответствует минимальному разрешаемому ускорению.

Как показано на рисунках 3 и 4, функция синуса имеет наибольшую скорость изменения около 0 °, а функция косинуса имеет наименьшую скорость изменения в этой точке.По этой причине изменение ускорения по оси x из-за изменения наклона распознается до изменения ускорения по оси y. Следовательно, разрешение системы около 0 ° зависит в первую очередь от разрешения по оси абсцисс. Чтобы обнаружить изменение наклона P °, акселерометр должен уметь определять изменение примерно на:
Рисунок 9 можно использовать для определения минимально необходимого разрешения акселерометра — или максимального масштабного коэффициента акселерометра — для желаемого размера шага наклона.Обратите внимание, что повышенное разрешение акселерометра соответствует уменьшению масштабного коэффициента акселерометра и способности обнаруживать меньшее изменение выходного ускорения. Следовательно, при выборе акселерометра с соответствующим разрешением масштабный коэффициент должен быть меньше предела, показанного на рисунке 9 для предполагаемого размера шага наклона.

Рисунок 9: Минимальное разрешение акселерометра для желаемого разрешения угла наклона.

Сниженная зависимость от совмещения с плоскостью тяжести

Второе главное преимущество использования как минимум двух осей состоит в том, что в отличие от решения с одной осью, где наклон по любой оси, кроме оси x, может вызвать значительную ошибку, использование вторая ось позволяет измерять точное значение даже при наличии наклона по третьей оси. Это связано с тем, что эффективная инкрементная чувствительность пропорциональна значению корня из суммы квадратов (RSS) силы тяжести на интересующих осях.

Когда сила тяжести полностью удерживается в плоскости xy, значение RSS ускорения, обнаруженного на этих осях, в идеале равно 1 g . Если наклон присутствует в плоскости xz или yz, общее ускорение свободного падения уменьшается, что также снижает эффективную инкрементную чувствительность. Это, в свою очередь, увеличивает размер шага наклона для данного разрешения акселерометра, но по-прежнему обеспечивает точное измерение. Результирующий угол из расчета наклона соответствует повороту в плоскости xy.

Если система достаточно наклонена, так что в плоскости xy присутствует очень небольшое ускорение силы тяжести, размер шага угла наклона будет слишком грубым, чтобы его можно было использовать. Поэтому рекомендуется ограничить наклон в плоскости xz или yz.

Полное обнаружение наклона на 360 °

Третье важное преимущество использования второй оси — это возможность различать каждый квадрант и измерять углы по всей дуге 360 °. Как показано на рисунке 10, каждый квадрант имеет различную комбинацию знаков, связанных с ускорением по осям x и y.

Рис. 10: Угол наклона и знак ускорения для определения квадранта.

Функция обратной касательной возвращает значение в квадранте I, если операнд AX, OUT / AY, OUT положительный; если операнд отрицательный, функция арктангенса возвращает значение в квадранте IV. Поскольку операнд в квадранте II отрицательный, значение 180 ° должно быть добавлено к результату вычисления, когда угол находится в этом квадранте.

Поскольку операнд в квадранте III положительный, значение 180 ° следует вычесть из результата вычисления, когда угол находится в этом квадранте. Правильный квадрант рассчитанного угла можно определить, исследуя знак измеренного ускорения на каждой оси.

Расчет наклона по тройной оси

Когда вводится третья ось, ориентация датчика может быть определена на всей сфере. Классический метод преобразования прямоугольных (x, y, z) в сферические (ρ, θ, φ) можно использовать для связи угла наклона в плоскости xy, θ, и угла наклона относительно вектора силы тяжести, φ , к измеренному ускорению по каждой оси:

Учитывая предположение, что единственное измеренное ускорение связано с силой тяжести, знаменатель операнда в уравнении 10 может быть заменен постоянным, в идеале 1, потому что значение RSS всех осей является постоянным, когда единственное ускорение сила тяжести.Углы показаны на Рисунке 11, где Рисунок 11c показывает θ только в плоскости xy, а Рисунок 11d показывает φ как угол между осью z и вектором силы тяжести.

Рисунок 11: Углы сферической системы координат.

Из-за сходства между уравнениями для метода трех осей и уравнениями для методов с одной и двумя осями анализ решения с тремя осями такой же, как для комбинированных методов с одной и двумя осями.Измерение θ выигрывает от соотношения двух ортогональных осей, а желаемое разрешение наклона требует минимального разрешения акселерометра, как описано в уравнении 8.

Измерение φ соответствует измерению угла наклона для решения с одной осью вдоль с методом определения минимального разрешения акселерометра, необходимого для разрешения определенного угла наклона в желаемом диапазоне. Разница в том, что использование функции обратного косинуса для определения φ приводит к максимальной чувствительности приращения, когда φ равен 90 °, и минимальной чувствительности приращения при 0 ° и 180 °.

График, аналогичный рисункам 3 и 4, может быть создан путем замены синуса косинусом в уравнении 2. Важно отметить, что, хотя θ находится в диапазоне от -180 ° до + 180 °, φ находится в диапазоне только от 0 ° до 180 °. Отрицательный угол для φ приводит к тому, что угол θ становится отрицательным.

Альтернативный метод измерения наклона по трем осям заключается в определении угла индивидуально для каждой оси акселерометра из исходного положения. За исходное положение принимается типичная ориентация устройства с осями x и y в плоскости горизонта (поле 0 g, ) и осью z, перпендикулярной горизонту (поле 1 g, ). .Это показано на рисунке 12, где θ — угол между горизонтом и осью x акселерометра, ψ — угол между горизонтом и осью y акселерометра, а φ — угол между вектором силы тяжести и осью акселерометра. ось z. Когда в исходном положении 0 g по осям x и y и 1 g по оси z, все рассчитанные углы будут равны 0 °.

Рис. 12: Углы для независимого определения наклона.

Базовая тригонометрия может использоваться, чтобы показать, что углы наклона могут быть вычислены с использованием Уравнения 11, Уравнения 12 и Уравнения 13.
Очевидная инверсия операнда в уравнении 13 происходит из-за того, что исходное положение является полем 1 г . Если горизонт желателен в качестве ориентира для оси z, операнд можно инвертировать.Положительный угол означает, что соответствующая положительная ось акселерометра направлена ​​над горизонтом, тогда как отрицательный угол означает, что ось направлена ​​ниже горизонта.

Поскольку используются функция обратной касательной и отношение ускорений, применяются преимущества, упомянутые в примере с двумя осями, а именно то, что эффективная инкрементная чувствительность постоянна, и что углы могут быть точно измерены для всех точек вокруг единичной сферы.

Калибровка ошибки несоответствия смещения и чувствительности

Анализ в этом примечании к применению был выполнен в предположении, что использовался идеальный акселерометр.Это соответствует устройству без смещения 0 g и с идеальной чувствительностью (выраженной в мВ / г для аналогового датчика или в LSB / g для цифрового датчика). Хотя датчики поставляются в обрезанном виде, устройства являются механическими по своей природе, а это означает, что любое статическое напряжение на детали после сборки системы может повлиять на смещение и чувствительность. Это, в сочетании с пределами заводской калибровки, может привести к ошибке, превышающей допустимые пределы для приложения.

Влияние ошибки смещения

Чтобы продемонстрировать, насколько велика может быть ошибка, представьте сначала двухосное решение с идеальной чувствительностью, но со смещением 50 мг по оси x.При 0 ° по оси абсцисс отображается 50 мг, а по оси ординат — 1 г . В результате вычисленный угол составит 2,9 °, что приведет к ошибке 2,9 °. При ± 180 ° по оси X будет указано 50 мг, а по оси Y — -1 г . Это приведет к расчетному углу и ошибке -2,9 °. Ошибка между расчетным углом и фактическим углом показана на рисунке 13 для этого примера. Ошибка из-за смещения может быть не только большой по сравнению с желаемой точностью системы, но и варьироваться, что затрудняет простую калибровку угла ошибки.Это усложняется, когда включается смещение для нескольких осей.

Рис. 13: Расчетная угловая погрешность из-за смещения акселерометра.

Влияние ошибки несоответствия чувствительности

Основной компонент ошибки из-за чувствительности акселерометра в приложении для измерения наклона с двумя осями — это когда существует разница в чувствительности между интересующими осями (в отличие от решения с одной осью, где любое отклонение между фактической чувствительностью и ожидаемой чувствительностью приводит к ошибке).Поскольку используется соотношение осей x и y, большая часть ошибки аннулируется, если чувствительности одинаковы.

В качестве примера эффекта несоответствия чувствительности акселерометра предположим, что используется решение с двумя осями с идеальной подстройкой смещения, идеальной чувствительностью по оси Y и чувствительностью +5 процентов по оси X. Это означает, что в поле 1 г по оси Y отображается 1 г , а по оси X отображается 1,05 г . На рисунке 14 показана ошибка в вычисленном угле из-за этого несоответствия чувствительности.Подобно ошибке смещения, ошибка из-за несоответствия чувствительности акселерометра изменяется во всем диапазоне вращения, что затрудняет компенсацию ошибки после расчета угла наклона. Дальнейшее отклонение рассогласования за счет изменения чувствительности по оси Y приводит к еще большей ошибке.

Рис. 14: Расчетная угловая погрешность из-за несоответствия чувствительности акселерометра.

Основные методы калибровки

Когда ошибки из-за смещения и несоответствия чувствительности объединены, ошибка может стать довольно большой и выйти за допустимые пределы в приложении для измерения наклона.Чтобы уменьшить эту ошибку, смещение и чувствительность должны быть откалиброваны, а откалиброванное выходное ускорение должно использоваться для расчета угла наклона. С учетом эффектов смещения и чувствительности выходной сигнал акселерометра будет следующим:

где:
A _OFF — ошибка смещения, в g .

Усиление — это усиление акселерометра, в идеале значение 1.

A _{ФАКТИЧЕСКОЕ} — реальное ускорение, действующее на акселерометр, и желаемое значение в g .

Простым методом калибровки является предположение, что усиление равно 1, и измерение смещения. Эта калибровка затем ограничивает точность системы неоткалиброванной ошибкой чувствительности. Простой метод калибровки можно выполнить, поместив интересующую ось в поле 0 g и измерив выходной сигнал, который будет равен смещению. Затем это значение следует вычесть из выходного сигнала акселерометра перед обработкой сигнала. Это часто называют бесповоротной или одноточечной калибровкой, потому что типичная ориентация устройства помещает оси x и y в поле 0 g .Если используется трехосное устройство, по крайней мере, один поворот или вторая точка должны быть включены для оси z.

Более точный метод калибровки заключается в использовании двух точек на каждую ось интереса (до шести точек для трехосного дизайна). Когда ось помещается в поле +1 g и -1 g , измеренные выходные значения будут следующими:

, где смещение A _OFF находится в g .

Эти две точки можно использовать для определения смещения и усиления следующим образом:

, где измерения +1 g и -1 g , A _{+ 1g} и A _-1g , находятся в g .

Этот тип калибровки также помогает минимизировать эффекты чувствительности к поперечным осям, поскольку ортогональные оси находятся в поле 0 г при выполнении измерений для интересующей оси.Эти значения можно использовать, сначала вычитая смещение из измерения акселерометра, а затем разделив результат на коэффициент усиления.

, где A _OUT и A _OFF находятся в g .

Вычисления A _OFF и усиления в уравнениях с 15 по 19 предполагают, что значения ускорения A _{+ 1g} и A _-1g находятся в g .Если используется ускорение в мг, расчет A _OFF в уравнении 17 остается неизменным, но расчет усиления в уравнении 18 следует разделить на 1000, чтобы учесть изменение в единицах.

Заявление об ограничении ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.