[發(fā)明專利]一種數(shù)字式傾角傳感器及測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710145735.7
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106840100A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣海濤;尚曉星;郭書霞;李隨源;張文義;元倩倩;張應(yīng)華;李慧;安洋
• 申請（專利權(quán)）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(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)61223
• 代理人: 潘宏偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傾角傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種數(shù)字式傾角傳感器及測量方法。

背景技術(shù)

測斜技術(shù)是確定物體在空間的傾斜和傾向的專門技術(shù)，它應(yīng)用于空間飛行器的慣性測量系統(tǒng)、機(jī)器人的機(jī)械臂伸展確定、車船體傾斜測量、巖體傾向判斷、工程鉆孔軌跡檢測等許多方面。傾角傳感器是測量關(guān)于水平面傾角的一種裝置，在土木建筑、水文地質(zhì)、兵器、航空、航天、生物醫(yī)學(xué)等工程技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的用途。

現(xiàn)有的傾角傳感器是利用在重力場中的受力方向始終保持鉛真方向的特性，按工作原理可分為“氣體擺”式、“液體擺”式和“固體擺”式、三種。在重力場中，“氣體擺”式傾角傳感器的敏感質(zhì)量為氣體，氣體質(zhì)量小，在大沖擊或高過載環(huán)境下所受慣性力也小，所以具有較強(qiáng)的抗沖擊振動(dòng)的能力，但氣體運(yùn)動(dòng)控制復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)過程易受外界因素影響，故其精度無法做到很高。“液體擺”式傾角傳感器系統(tǒng)穩(wěn)定，在高精度系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，但“液體擺”式傾角傳感器一般體積較大，不適于在小型便攜式設(shè)備中使用。“固體擺”式傾角傳感器的敏感質(zhì)量是擺錘質(zhì)量，有明確的擺長和擺心，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，“固體擺”式傾角傳感器產(chǎn)品測量范圍、精度及抗高過載都得到了很大提高，而且具有體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的傾角傳感器，存在“氣體擺”式傾角傳感器精度小，以及“液體擺”式體積大的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字式傾角傳感器及測量方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在“氣體擺”式傾角傳感器精度小，以及“液體擺”式體積大的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字式傾角傳感器，包括：三軸加速度傳感器和微處理器；

所述三軸加速度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述三軸加速度傳感器，用于獲取轉(zhuǎn)臺(tái)在三維坐標(biāo)系下的三個(gè)軸的軸向原始模擬加速度信號；

所述微處理器，用于將三個(gè)軸的軸向原始模擬加速度信號分別轉(zhuǎn)換為三個(gè)軸的軸向原始數(shù)字加速度信號；用于根據(jù)三個(gè)軸的軸向原始數(shù)字加速度信號，通過誤差補(bǔ)償算法，獲取三個(gè)軸的軸向補(bǔ)償數(shù)字加速度信號；以及用于根據(jù)三個(gè)軸的軸向補(bǔ)償數(shù)字加速度信號，獲取轉(zhuǎn)臺(tái)在三維坐標(biāo)系下的傾角信號。

較佳地，所述三軸加速度傳感器采用ADI公司的三軸MEMS加速度計(jì)。

較佳地，所述微處理器采用Silicon Labs公司的的C8051F35X系列微控制器。

較佳地，所述三軸加速度傳感器通過濾波模塊與所述微處理器內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換模塊電連接。

較佳地，穩(wěn)壓電源模塊通過基準(zhǔn)電源模塊分別與所述三軸加速度傳感器和所述微處理器電連接。

較佳地，所述微處理器與計(jì)算機(jī)之間通過串口電連接。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字式傾角傳感器的測量方法，包括：

轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，通過三軸加速度傳感器，獲取轉(zhuǎn)臺(tái)在三維坐標(biāo)系下的三個(gè)軸的軸向原始模擬加速度信號；

將三個(gè)軸的軸向原始模擬加速度信號分別轉(zhuǎn)換為三個(gè)軸的軸向原始數(shù)字加速度信號；

根據(jù)三個(gè)軸的軸向原始數(shù)字加速度信號，通過公式(1)，獲取三個(gè)軸的軸向補(bǔ)償數(shù)字加速度信號；

根據(jù)三個(gè)軸的軸向補(bǔ)償數(shù)字加速度信號，通過公式(2)和公式(3)，獲取轉(zhuǎn)臺(tái)在三維坐標(biāo)系下的傾角信號；

所述公式(1)如下所示：

所述公式(2)如下所示：

所述公式(3)如下所示：

其中，A_x、A_y和A_z分別為x軸、y軸和z軸的軸向補(bǔ)償數(shù)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(shù)字加速度信號；c₁₁、c₁₂、c₁₃、c₂₁、c₂₂、c₂₃、c₃₁、c₃₂、c₃₃、d₁、d₂和d₃為補(bǔ)償系數(shù)；θ為俯仰角；r為滾轉(zhuǎn)角。