[发明专利]一种基于MEMS线加速度计的角加速度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种角加速度测量装置，特别是一种基于MESM线加速度计，间接测量角加速度的装置。

背景技术

在惯性传感器中，角加速度传感器的用途十分广泛，比如汽车平稳驾驶检测、导弹惯导系统、硬盘驱动消除抖动、数字相机消除抖动等等。角加速度的测量方法可以分为：直接测量式和间接测量式。直接测量式是指通过敏感角加速度的传感器直接获得角加速度的信息。间接测量式是指采集与角加速度相关的其它信号，进而通过计算得出角加速度信息。

直接测量式角加速度传感器主要包括：压阻式角加速度传感器、压电式角加速度传感器、液环式角加速度传感器等。这些传统的直接式角加速度传感器已经形成产品并且得到广泛应用，但是它们的价格都非常昂贵，大多在数万元左右。因此，在一些低成本的应用中，人们更倾向于使用间接式角加速度传感器。

间接式角加速度传感器的测量方法简单列举如下。首先，是应用光电编码器测量角加速度，即通过光电编码器测量角位置信息，进而通过微分计算得到角加速度，但是微分计算会引入较大的延时和误差，影响角加速度的精度。其次，中国发明专利号CN201410259116提供了一种轴套型永磁旋转角加速度传感器，这种方法使用无刷直流电机作为测速发电机，输出与角速度成正比的电压信号，进而滤波、微分后得到角加速度信号，但是这种方法成本较高，且依然需要角速度信号对于时间的微分。

MEMS技术指微机电系统(MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem)，也叫做微电子机械系统，是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的一种电子机械器件。它具有体积小、重量轻、可靠性高的优点，将MEMS技术应用于角加速度计是角加速度计的发展方向，比如中国发明专利号CN200610011906提供了一种扭摆式硅MEMS角加速度传感器，但是这种方法仅仅得到了仿真验证，并没用在实际中应用。

国内外对于MEMS角加速度计的研究还没有那么广泛，还没有较成熟的MEMS角加速度计芯片。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于MEMS线加速度计的角加速度测量装置，应用两片价格只有几十元的MEMS线加速度计芯片，通过计算将直接测量到的线加速度转化为角加速度，间接得到转轴角加速度的大小，可以使角加速度传感器结构简单，可靠性高，并且在拥有较高的精度的同时，大大降低角加速度传感器成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括两块MEMS线加速度芯片和传感器圆盘。

所述的传感器圆盘的圆心与转轴固连；两块MEMS线加速度芯片分别安装在传感器圆盘的边沿和圆心上，两块MEMS线加速度芯片的线加速度感应方向相互平行，并与传感器圆盘的半径方向垂直；当传感器圆盘随着转轴旋转时，将两块MEMS线加速度芯片输出的线加速度信号做差，就得到传感器圆盘的圆周旋转线加速度，再除以传感器圆盘的半径，就得到最终的旋转角加速度。

本发明还包括信号调理电路和V/I转换电路，信号调理电路和V/I转换电路都安装在传感器圆盘上，两块MEMS线加速度芯片的输出电压信号分别接入各自的信号调理电路，对输出电压信号进行滤波并将输出电压幅值调整到V/I转换电路可接受的范围，经过调理后的输出电压信号经V/I转换电路转化为电流信号输出。

所述的传感器圆盘上安装PCB电路板，所述的MEMS线加速度芯片、信号调理电路和V/I转换电路都集成在PCB电路板上。

本发明的有益效果是：

1)采用MEMS线加速度计芯片作为主要传感器，大大降低了角加速度传感器成本，并且可以将传感器与信号调理电路集成在一块电路板上，从而缩小体积，提高系统的可靠性。

2)不同于一般间接测量中测量角度位置信号进而微分的方法，本发明直接测量线加速度信号，通过计算转化为角加速度信号，计算中没有对角度或角速度的微分，因而避免了微分计算引起的延时和误差。

3)使用两片MEMS线加速度芯片的方式，可以从硬件的角度直接消除重力加速度对于角加速度的影响，使得角加速度的计算十分简便。

4)传感器圆盘上的PCB电路板可以方便的实现精确定位，因此MEMS线加速度计芯片可以准确的安装在传感器圆盘的特定位置上，使得整个角加速度传感器的制作与安装简单方便。

5)应用V/I转换电路，将角加速度传感器的输出信号转换为电流进行传输，可以有效提高传感器的抗干扰性能。

附图说明

图1为角加速度传感器原理图；

图2为角加速度传感器结构图；