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参 考 文 献 37
1 绪论
1.1 传感器简介
现代社会的科学技术高度发达，人类已进入瞬息万变的信息时代。在工业生产和科学实验等活动中，人们主要是对信息进行获取、开发、传输和处理，而传感器正处于测试的接口位置，是研究的主要对象，是感知、获取和检测信息的窗口，提供给系统进行决策和处理所必需的原始数据。一切的科学实验和生产过程，特别是在自动监测和自动控制系统中要获取信息，都要通过传感器转换为容易传输与处理的信号。传感器特点是对原始参数进行精确可靠的测量，灵敏地感受被测量，把感受到的被测量精确地转换成电信号，使其与其他高精确度的仪表和装置组合起来，达到最佳显示与控制数据的目的。
传感器一般是利用物理、化学和生物等学科的某些效应或机理，按照一定的工艺和结构研制出来的，因此传感器组成的细节有较大差异。但是总的来说，传感器应由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成，如图1-1所示。敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件所感受或响应出的信息转换成适于传输或测量的电信号的部分。信号调节电路是能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。辅助电路通常是电源[1]。
在实际工程应用中，以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的另一种量的测量装置称作是传感器。它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等，它的输出量是某种物理量，这种量应便于传输、转换、处理、显示等，它可以是气、光、电，但主要是电量[2]。
1.2 课题背景及意义
角度是一个十分重要的物理量。在国际上明确规定弧度(平面角单位)和球面度(立体角单位)是国际单位制中除七个基本物理量以外仅有的两个辅助单位。角度有四种表示形式，分别为弧度制、751十分制、百进制和密位[3]。
我国是世界文明发达最早的国家之一，有着悠久的角度计量历史。从现已出土的部分文物及史料记载，在公元前几百年的战国时期，我国就已经有了简单的角度量具——铜矩尺。它与现代测量直角的直角尺形状相似，是我国目前发现的最早的角度量具。随着生产的发展，角度测量技术也在不断地改进和提高。特别是在现代工业技术中，角度是机械、仪器仪表和电子产品制造业中的重要几何参数之一，它的准确度直接影响着产品的质量与寿命，因而角度测量在现代工业中占有重要的地位。现代的角度测量技术种类较多，已在电机、汽车、船舶运输、交通、机械制造、石油、冶金等多方面获得了广泛的应用。特别是近十几年，随着角度感器的发展和微型计算机在这方面的应用，使角度测量技术上升到了一个新的高度，测量范围和精度都有了很大的提高。如何进一步改进角度测量手段对提高加工精度和科学研究等方面都有十分重要的意义。
随着现代科学技术的发展，以及愈来愈多的先进技术在战场上的应用，现代战争对火炮的性能要求愈来愈高。武器系统的火力一般是由射击精度、终点杀伤力和快速反应能力这三个性能指标来衡量的。对于行进中的自行火炮（如坦克炮、自行反坦克炮等)，影响其射击精度和反应速度的主要因素有：自行火炮行进时振动引起的射角和射向变化；炮手行进间射击时瞄准误差的增大引起射弹的方向和距离偏差。在以高科技装备的武器体系与武器体系相对抗的现代战争中，火控系统是战术C3I(指挥、控制、通信与智能)系统的一个重要终端。姿态角传感器是火控系统的主要组成部分。当车体存在姿态角时，火炮的方位系统和高低系统的独立运动都将同时改变火炮轴线相对于大地坐标系的方位角和高低角，从而最终影响调炮精度。炮塔纵倾角的测试精度直接影响射击的准确性。本课题在现有角度传感器的基础上研究设计一种高精度、低成本的角度传感器，满足火炮炮塔纵倾角的测试要求。