[发明专利]一种数字式倾角传感器及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及倾角传感器技术领域，更具体的涉及一种数字式倾角传感器及测量方法。

背景技术

测斜技术是确定物体在空间的倾斜和倾向的专门技术，它应用于空间飞行器的惯性测量系统、机器人的机械臂伸展确定、车船体倾斜测量、岩体倾向判断、工程钻孔轨迹检测等许多方面。倾角传感器是测量关于水平面倾角的一种装置，在土木建筑、水文地质、兵器、航空、航天、生物医学等工程技术领域有着广泛的用途。

现有的倾角传感器是利用在重力场中的受力方向始终保持铅真方向的特性，按工作原理可分为“气体摆”式、“液体摆”式和“固体摆”式、三种。在重力场中，“气体摆”式倾角传感器的敏感质量为气体，气体质量小，在大冲击或高过载环境下所受惯性力也小，所以具有较强的抗冲击振动的能力，但气体运动控制复杂，运动过程易受外界因素影响，故其精度无法做到很高。“液体摆”式倾角传感器系统稳定，在高精度系统中应用较为广泛，但“液体摆”式倾角传感器一般体积较大，不适于在小型便携式设备中使用。“固体摆”式倾角传感器的敏感质量是摆锤质量，有明确的摆长和摆心，随着MEMS技术的发展，“固体摆”式倾角传感器产品测量范围、精度及抗高过载都得到了很大提高，而且具有体积小，重量轻等优点。

综上所述，现有技术中的倾角传感器，存在“气体摆”式倾角传感器精度小，以及“液体摆”式体积大的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种数字式倾角传感器及测量方法，用以解决现有技术中存在“气体摆”式倾角传感器精度小，以及“液体摆”式体积大的问题。

本发明实施例提供一种数字式倾角传感器，包括：三轴加速度传感器和微处理器；

所述三轴加速度传感器设置在转台上，所述三轴加速度传感器，用于获取转台在三维坐标系下的三个轴的轴向原始模拟加速度信号；

所述微处理器，用于将三个轴的轴向原始模拟加速度信号分别转换为三个轴的轴向原始数字加速度信号；用于根据三个轴的轴向原始数字加速度信号，通过误差补偿算法，获取三个轴的轴向补偿数字加速度信号；以及用于根据三个轴的轴向补偿数字加速度信号，获取转台在三维坐标系下的倾角信号。

较佳地，所述三轴加速度传感器采用ADI公司的三轴MEMS加速度计。

较佳地，所述微处理器采用Silicon Labs公司的的C8051F35X系列微控制器。

较佳地，所述三轴加速度传感器通过滤波模块与所述微处理器内部的AD转换模块电连接。

较佳地，稳压电源模块通过基准电源模块分别与所述三轴加速度传感器和所述微处理器电连接。

较佳地，所述微处理器与计算机之间通过串口电连接。

本发明实施例提供一种数字式倾角传感器的测量方法，包括：

转动转台，通过三轴加速度传感器，获取转台在三维坐标系下的三个轴的轴向原始模拟加速度信号；

将三个轴的轴向原始模拟加速度信号分别转换为三个轴的轴向原始数字加速度信号；

根据三个轴的轴向原始数字加速度信号，通过公式(1)，获取三个轴的轴向补偿数字加速度信号；

根据三个轴的轴向补偿数字加速度信号，通过公式(2)和公式(3)，获取转台在三维坐标系下的倾角信号；

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分别为x轴、y轴和z轴的轴向补偿数字加速度信号；a_x、a_y和a_z分别为x轴、y轴和z轴的轴向原始数字加速度信号；c₁₁、c₁₂、c₁₃、c₂₁、c₂₂、c₂₃、c₃₁、c₃₂、c₃₃、d₁、d₂和d₃为补偿系数；θ为俯仰角；r为滚转角。