專(zhuān)利名稱(chēng)：微型傾角器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型傾角器，特別是一種基于MEMS加速度傳感器的微型傾角測(cè)量裝置背景技術(shù)目前，公認(rèn)的傾角器是基于水平測(cè)量的傾角傳感器，從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”式。固體擺式廣泛采用力平衡伺服系統(tǒng)，由擺錘、擺線、支架組成；液體擺式是在玻璃殼內(nèi)裝有導(dǎo)電液，并有三根鉑電極和外部相連接，三根電極相互平行且間距相等，當(dāng)殼體水平時(shí)，電極插入導(dǎo)電液的深度相等，如果在兩個(gè)電極之間加上幅值相等的交流電壓，電極之間形成離子電流，兩根電極之間的液體相當(dāng)于兩個(gè)電阻。當(dāng)玻璃殼體水平時(shí)，兩電阻相等，當(dāng)玻璃殼體傾斜時(shí)，兩電阻不相等，從而測(cè)出傾斜角度；氣體在受熱時(shí)受到浮升力的作用，如同固體擺和液體擺也具有的敏感質(zhì)量一樣，熱氣流總是力圖保持在垂直方向向上，因此，也具有擺的特性。氣體擺式慣性元件由密封腔體、氣體和熱線組成，當(dāng)腔體所在平面相對(duì)于水平面傾斜時(shí)，熱線的阻值發(fā)生變化，并且熱線阻值的變化是角度的函數(shù)，從而可測(cè)出角度。
就基于固體擺、液體擺、氣體擺傾角傳感器構(gòu)成的傾角器而言，固體擺傾角測(cè)量器體積大和較重；液體擺傾角測(cè)量器外圍電路復(fù)雜，而且響應(yīng)頻率低；氣體擺傾角測(cè)量器氣體運(yùn)動(dòng)控制復(fù)雜，且影響其運(yùn)動(dòng)的因素多，精度相對(duì)較低。因此，上述三種傾角測(cè)量對(duì)于要求重量輕、體積小、響應(yīng)頻率高的應(yīng)用不能滿足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型傾角器，它不僅體積小、重量輕、響應(yīng)頻率高，而且能同時(shí)測(cè)量正交的兩個(gè)方向上的傾斜角度(俯仰角和滾轉(zhuǎn)角)。
本發(fā)明的構(gòu)思是本發(fā)明采用雙軸加速度傳感器，其模擬量輸出分別經(jīng)過(guò)電壓跟隨器構(gòu)成的低通濾波器濾去噪音，再分別經(jīng)過(guò)高精度電阻組成的分壓電路分壓，使處于水平狀態(tài)時(shí)的輸出電壓為1.2V。然后經(jīng)過(guò)放大器放大，當(dāng)X、Y軸從-45°變化到+45°時(shí)，放大后的電壓從0V變化到2.4V。放大后0～2.4V的電壓送入微處理器的A/D模擬量輸入端。對(duì)傾斜角及采樣的數(shù)字值進(jìn)行標(biāo)定，通過(guò)三次曲線擬合出采樣的數(shù)字值與傾角的曲線，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。對(duì)微處理器進(jìn)行編程，以采樣的數(shù)字值為自變量，傾角為變量，可實(shí)時(shí)地計(jì)算出傾斜角度。
根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種微型傾角器，包括殼體、蓋、安裝在殼體內(nèi)的線路板以及對(duì)外連接的連接器和串行口，其特征在于電路結(jié)構(gòu)為加速度傳感器輸出信號(hào)依次經(jīng)低通濾波器、電壓跟隨器、分壓電路和放大器接入微處理器，微處理器輸出信號(hào)一種以模擬量直接經(jīng)連接器輸出；另一種經(jīng)MAX202電平轉(zhuǎn)換后經(jīng)連接器輸出。
上述的加速度傳感器采用ADXL202型雙軸MEMS加速度傳感器。
上述的低通濾波器由四個(gè)電容和四個(gè)電阻構(gòu)成。
上述的電壓跟蹤器由二個(gè)運(yùn)放構(gòu)成。
上述的分壓電路由四個(gè)電阻構(gòu)成。
上述的放大器由二個(gè)運(yùn)放和四個(gè)電阻構(gòu)成。
上述的微處理器采用C805F002型微處理器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯而易見(jiàn)的突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明是一種基于MEMS加速度傳感器的微型傾角器測(cè)量裝置，傾角器的重量輕、體積小、響應(yīng)頻率高、線性度高、可同時(shí)測(cè)量正交雙軸的傾角。適合于各種場(chǎng)合測(cè)量?jī)A斜角，尤其適合于飛行器用測(cè)量?jī)A斜角。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1示例的電路框3是圖1示例的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是參見(jiàn)圖1，本微型傾角器中，線路板4由四個(gè)螺釘通過(guò)減震墊3固定在殼體1中，蓋2密封。連接器6從殼體1的窗口中伸出。
參見(jiàn)圖2，加速度傳感器8輸出信號(hào)進(jìn)入低通慮波器9，然后進(jìn)入電壓跟隨器10，電壓跟隨器10的輸出經(jīng)分壓電路11分壓，再進(jìn)入放大器12，最后輸入到微處理器13。微處理器13的輸出信號(hào)一種以模擬量從連接器15輸出，另一種經(jīng)MAX202電平轉(zhuǎn)換14，也從連接器15輸出。
參見(jiàn)圖3，ADXL202為雙軸MEMS加速度傳感器8，其模擬量輸出XFILT、YFILT分別輸入到以運(yùn)放A1、電容C1、C2、電阻R1、R2及運(yùn)放A2、電容C3、C4、電阻R3、R4構(gòu)成的低通慮波9和電壓跟隨器10阻抗匹配，電壓跟隨器10的輸出分別經(jīng)精密電阻R5、R6及R9、R10組成的分壓電路分壓11，且當(dāng)ADXL202處于水平時(shí)兩跟隨器10的輸出電壓均為1.2V，再經(jīng)運(yùn)放A3、電阻R7、R8，運(yùn)放A4、電阻R11、R12組成的放大器11放大，使ADXL202的兩軸從-45°變化到+45°時(shí)，A3、A4的輸出為0～2.4V，滿足C8051F002微型處理器13模擬量輸入范圍。然后編制對(duì)AIN0、AIN1的A/D通道進(jìn)行采樣的程序，通過(guò)標(biāo)定，得到ADXL202的兩軸從-45°變化到+45°時(shí)的兩組數(shù)據(jù)，以A/D采樣值為自變量，ADXL202的傾斜角為變量進(jìn)行三次曲線擬合，得到兩通道的三次曲線。這樣，每采樣一次兩通道A/D，用此三次曲線可算出對(duì)應(yīng)的傾斜角度，再利用F002的溫度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。同時(shí)，計(jì)算出的傾角也可轉(zhuǎn)化為0～4096的數(shù)字量，通過(guò)F002的D/A輸出端DAC0、DAC1以模擬量0～2.4V的形式輸出。最后編寫(xiě)以上程序，通過(guò)F002的JTAG口寫(xiě)入F002的程序存儲(chǔ)器。程序運(yùn)行時(shí)，傾斜角分別經(jīng)MAX202組成的RS232串行口5以數(shù)值量度和模擬量從ROLL-L、PITCH-L端口輸出傾角值。
權(quán)利要求
1.一種微型傾角器，包括殼體(1)、蓋(2)、安裝在殼體(1)內(nèi)的線路板(4)以及對(duì)外連接的連接器(6)和串行口(5)，其特征在于電路結(jié)構(gòu)為加速度傳感器(8)輸出信號(hào)依次經(jīng)低通濾波器(9)、電壓跟隨器(10)、分壓電路(11)和放大器(12)接入微處理器(13)，微處理器(13)輸出信號(hào)一種以模擬量直接經(jīng)連接器(15)輸出；另一種經(jīng)MAX202電平轉(zhuǎn)換后經(jīng)連接器(15)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型傾角器，其特征在于加速度傳感器(8)采用ADXL202型雙軸MEMS加速度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型傾角器，其特征在于低通濾波器(9)由四個(gè)電容(C1、C2、C3、C4)和四個(gè)電阻(R1、R2、R4)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型傾角器，其特征在于電壓跟蹤器(10)由二個(gè)運(yùn)放(A1、A2)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型傾角器，其特征在于分壓電路(11)由四個(gè)電阻(R5、R6、R9、R10)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型傾角器，其特征在于放大器(12)由二個(gè)運(yùn)放(A3、A4)和四個(gè)電阻(R7、R8、R11、R12)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型傾角器，其特征在于微處理器(13)采用C805F002型微處理器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型傾角器，它包括殼體、蓋、安裝在殼體內(nèi)的線路板以及對(duì)外連接的連接器和串行口，其電路結(jié)構(gòu)為加速度傳感器輸出信號(hào)依次經(jīng)低通濾波器、電壓跟隨器、分壓電路和放大器接入微處理器，微處理器輸出信號(hào)一種以模擬量直接經(jīng)連接器輸出；另一種經(jīng)MAX202電平轉(zhuǎn)換后經(jīng)連接器輸出。本發(fā)明的傾角器的重量輕、體積小、響應(yīng)頻率高、線性度高、可同時(shí)測(cè)量正交雙軸的傾角。尤其適用于飛行器的傾角測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B7/30GK1544879SQ20031010889
公開(kāi)日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者劉武發(fā), 蔣蓁, 龔振邦 申請(qǐng)人:上海大學(xué)