陀螺儀在靜止?fàn)顟B(tài)下輸出的電壓信號(hào)為零，當(dāng)陀螺儀的姿態(tài)持續(xù)改變時(shí)，其輸出的信號(hào)也會(huì)隨之改變。基于陀螺儀的這種特性，檢測(cè)儀開(kāi)始運(yùn)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(duì)零點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(dòng)較大，針對(duì)這一問(wèn)題，在該系統(tǒng)中采用電壓補(bǔ)償方法進(jìn)行解決。本文提出了動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償方法，提高了實(shí)際相對(duì)零點(diǎn)精度。在介紹這種方法的推導(dǎo)之前，先說(shuō)明一些符號(hào)的含義。

　　SF：標(biāo)度因數(shù)(比例系數(shù))。

　　Ugyro：陀螺儀輸出信號(hào)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(jìn)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(hào)放大10倍且平移1.5 V后的信號(hào)。

　　Ucode0：實(shí)際測(cè)量條件下，A/D轉(zhuǎn)換前獲取電壓轉(zhuǎn)換的二進(jìn)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(hào)被放大10倍并平移1.5 V，陀螺輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后上傳給上位機(jī)。連續(xù)狀態(tài)下陀螺儀的角度計(jì)算如下：

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　　以上是理想情況下推導(dǎo)的角度計(jì)算公式，但是根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(huì)在一個(gè)常數(shù)上下浮動(dòng)。為了減小電路對(duì)所采數(shù)據(jù)的影響，下面采用動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償方法計(jì)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(duì)電壓經(jīng)A/D芯片轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制;Ucode.i表示實(shí)時(shí)采集的電壓經(jīng)A/D芯片轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制;ti表示每次的積分時(shí)間。

　　4 實(shí)驗(yàn)分析

　　采用動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)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(duì)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(huì)在0°附近浮動(dòng)。但是從表中可以看出，軌向的角度在1.44°浮動(dòng)，高低的角度在2.3°浮動(dòng)。

　　采用動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償后采集的數(shù)據(jù)如表2所列，表中是兩組起始點(diǎn)開(kāi)始采集的5個(gè)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(dòng)很小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性有了很好的改善，而且其起始點(diǎn)數(shù)據(jù)也比較穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)檢測(cè)儀相對(duì)零點(diǎn)信號(hào)的多次采集，很好地解決了數(shù)據(jù)的相對(duì)零點(diǎn)不穩(wěn)定問(wèn)題。

　　結(jié)語(yǔ)

　　鐵路檢測(cè)儀中采用兩個(gè)單軸光纖陀螺儀作為鐵路平順度其中兩個(gè)參數(shù)軌向和高低的傳感器，完成對(duì)鐵路軌道平順度的高速、高精度的數(shù)據(jù)采集。同時(shí)，通過(guò)與先前采集的數(shù)據(jù)比較分析，采用動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償方法很好地解決了數(shù)據(jù)的相對(duì)零點(diǎn)浮動(dòng)問(wèn)題，滿足了實(shí)際工程需要。