[發明專利]一種數字式傾角傳感器及測量方法

在審

• 申請號: 201710145735.7
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106840100A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 蔣海濤;尚曉星;郭書霞;李隨源;張文義;元倩倩;張應華;李慧;安洋
• 申請（專利權）人: 蔣海濤
• 主分類號: G01C9/14
• 分類號: G01C9/14
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙)61223
• 代理人: 潘宏偉

1.一種數字式傾角傳感器，其特征在于，包括：三軸加速度傳感器(1)和微處理器(2)；

所述三軸加速度傳感器(1)設置在轉臺上，所述三軸加速度傳感器(1)，用于獲取轉臺在三維坐標系下的三個軸的軸向原始模擬加速度信號；

所述微處理器(2)，用于將三個軸的軸向原始模擬加速度信號分別轉換為三個軸的軸向原始數字加速度信號；用于根據三個軸的軸向原始數字加速度信號，通過誤差補償算法，獲取三個軸的軸向補償數字加速度信號；以及用于根據三個軸的軸向補償數字加速度信號，獲取轉臺在三維坐標系下的傾角信號。

2.如權利要求1所述的數字式傾角傳感器，其特征在于，所述三軸加速度傳感器(1)采用ADI公司的三軸MEMS加速度計。

3.如權利要求1所述的數字式傾角傳感器，其特征在于，所述微處理器(2)采用Silicon Labs公司的的C8051F35X系列微控制器。

4.如權利要求1所述的數字式傾角傳感器，其特征在于，所述三軸加速度傳感器(1)通過濾波模塊(3)與所述微處理器(2)內部的AD轉換模塊電連接。

5.如權利要求1所述的數字式傾角傳感器，其特征在于，穩壓電源模塊(5)通過基準電源模塊(4)分別與所述三軸加速度傳感器(1)和所述微處理器(2)電連接。

6.如權利要求1所述的數字式傾角傳感器，其特征在于，所述微處理器(2)與計算機(6)之間通過串口電連接。

7.一種數字式傾角傳感器的測量方法，其特征在于，包括：

轉動轉臺，通過三軸加速度傳感器，獲取轉臺在三維坐標系下的三個軸的軸向原始模擬加速度信號；

將三個軸的軸向原始模擬加速度信號分別轉換為三個軸的軸向原始數字加速度信號；

根據三個軸的軸向原始數字加速度信號，通過公式(1)，獲取三個軸的軸向補償數字加速度信號；

根據三個軸的軸向補償數字加速度信號，通過公式(2)和公式(3)，獲取轉臺在三維坐標系下的傾角信號；

所述公式(1)如下所示：

$\left[\begin{array}{c}{A}_x\\ A_y\\ A_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{c}_{11}& c_{12}& c_{13}\\ c_{21}& c_{22}& c_{23}\\ c_{31}& c_{32}& c_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_x\\ a_y\\ a_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{d}_1\\ d_2\\ d_3\end{array}\right]$

所述公式(2)如下所示：

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{-A_x}{\sqrt{A_y^2+A_z^2}}\right)$

所述公式(3)如下所示：

$r=\arctan \frac{A_y}{A_z}$

其中，A_x、A_y和A_z分別為x軸、y軸和z軸的軸向補償數字加速度信號；a_x、a_y和a_z分別為x軸、y軸和z軸的軸向原始數字加速度信號；c₁₁、c₁₂、c₁₃、c₂₁、c₂₂、c₂₃、c₃₁、c₃₂、c₃₃、d₁、d₂和d₃為補償系數；θ為俯仰角；r為滾轉角。