专利名称：微型倾角器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微型倾角器，特别是一种基于MEMS加速度传感器的微型倾角测量装置背景技术目前，公认的倾角器是基于水平测量的倾角传感器，从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”式。固体摆式广泛采用力平衡伺服系统，由摆锤、摆线、支架组成；液体摆式是在玻璃壳内装有导电液，并有三根铂电极和外部相连接，三根电极相互平行且间距相等，当壳体水平时，电极插入导电液的深度相等，如果在两个电极之间加上幅值相等的交流电压，电极之间形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻。当玻璃壳体水平时，两电阻相等，当玻璃壳体倾斜时，两电阻不相等，从而测出倾斜角度；气体在受热时受到浮升力的作用，如同固体摆和液体摆也具有的敏感质量一样，热气流总是力图保持在垂直方向向上，因此，也具有摆的特性。气体摆式惯性元件由密封腔体、气体和热线组成，当腔体所在平面相对于水平面倾斜时，热线的阻值发生变化，并且热线阻值的变化是角度的函数，从而可测出角度。
就基于固体摆、液体摆、气体摆倾角传感器构成的倾角器而言，固体摆倾角测量器体积大和较重；液体摆倾角测量器外围电路复杂，而且响应频率低；气体摆倾角测量器气体运动控制复杂，且影响其运动的因素多，精度相对较低。因此，上述三种倾角测量对于要求重量轻、体积小、响应频率高的应用不能满足。

发明内容
本发明的目的在于提供一种微型倾角器，它不仅体积小、重量轻、响应频率高，而且能同时测量正交的两个方向上的倾斜角度(俯仰角和滚转角)。
本发明的构思是本发明采用双轴加速度传感器，其模拟量输出分别经过电压跟随器构成的低通滤波器滤去噪音，再分别经过高精度电阻组成的分压电路分压，使处于水平状态时的输出电压为1.2V。然后经过放大器放大，当X、Y轴从-45°变化到+45°时，放大后的电压从0V变化到2.4V。放大后0～2.4V的电压送入微处理器的A/D模拟量输入端。对倾斜角及采样的数字值进行标定，通过三次曲线拟合出采样的数字值与倾角的曲线，并进行温度补偿。对微处理器进行编程，以采样的数字值为自变量，倾角为变量，可实时地计算出倾斜角度。
根据上述构思，本发明采用如下技术方案一种微型倾角器，包括壳体、盖、安装在壳体内的线路板以及对外连接的连接器和串行口，其特征在于电路结构为加速度传感器输出信号依次经低通滤波器、电压跟随器、分压电路和放大器接入微处理器，微处理器输出信号一种以模拟量直接经连接器输出；另一种经MAX202电平转换后经连接器输出。
上述的加速度传感器采用ADXL202型双轴MEMS加速度传感器。
上述的低通滤波器由四个电容和四个电阻构成。
上述的电压跟踪器由二个运放构成。
上述的分压电路由四个电阻构成。
上述的放大器由二个运放和四个电阻构成。
上述的微处理器采用C805F002型微处理器。
与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出特点和显著优点本发明是一种基于MEMS加速度传感器的微型倾角器测量装置，倾角器的重量轻、体积小、响应频率高、线性度高、可同时测量正交双轴的倾角。适合于各种场合测量倾斜角，尤其适合于飞行器用测量倾斜角。


图1是本发明的一个实施例的结构图。
图2是图1示例的电路框3是图1示例的电路原理图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例是参见图1，本微型倾角器中，线路板4由四个螺钉通过减震垫3固定在壳体1中，盖2密封。连接器6从壳体1的窗口中伸出。
参见图2，加速度传感器8输出信号进入低通虑波器9，然后进入电压跟随器10，电压跟随器10的输出经分压电路11分压，再进入放大器12，最后输入到微处理器13。微处理器13的输出信号一种以模拟量从连接器15输出，另一种经MAX202电平转换14，也从连接器15输出。
参见图3，ADXL202为双轴MEMS加速度传感器8，其模拟量输出XFILT、YFILT分别输入到以运放A1、电容C1、C2、电阻R1、R2及运放A2、电容C3、C4、电阻R3、R4构成的低通虑波9和电压跟随器10阻抗匹配，电压跟随器10的输出分别经精密电阻R5、R6及R9、R10组成的分压电路分压11，且当ADXL202处于水平时两跟随器10的输出电压均为1.2V，再经运放A3、电阻R7、R8，运放A4、电阻R11、R12组成的放大器11放大，使ADXL202的两轴从-45°变化到+45°时，A3、A4的输出为0～2.4V，满足C8051F002微型处理器13模拟量输入范围。然后编制对AIN0、AIN1的A/D通道进行采样的程序，通过标定，得到ADXL202的两轴从-45°变化到+45°时的两组数据，以A/D采样值为自变量，ADXL202的倾斜角为变量进行三次曲线拟合，得到两通道的三次曲线。这样，每采样一次两通道A/D，用此三次曲线可算出对应的倾斜角度，再利用F002的温度传感器进行温度补偿。同时，计算出的倾角也可转化为0～4096的数字量，通过F002的D/A输出端DAC0、DAC1以模拟量0～2.4V的形式输出。最后编写以上程序，通过F002的JTAG口写入F002的程序存储器。程序运行时，倾斜角分别经MAX202组成的RS232串行口5以数值量度和模拟量从ROLL-L、PITCH-L端口输出倾角值。
权利要求
1.一种微型倾角器，包括壳体(1)、盖(2)、安装在壳体(1)内的线路板(4)以及对外连接的连接器(6)和串行口(5)，其特征在于电路结构为加速度传感器(8)输出信号依次经低通滤波器(9)、电压跟随器(10)、分压电路(11)和放大器(12)接入微处理器(13)，微处理器(13)输出信号一种以模拟量直接经连接器(15)输出；另一种经MAX202电平转换后经连接器(15)输出。
2.根据权利要求1所述的微型倾角器，其特征在于加速度传感器(8)采用ADXL202型双轴MEMS加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的微型倾角器，其特征在于低通滤波器(9)由四个电容(C1、C2、C3、C4)和四个电阻(R1、R2、R4)构成。
4.根据权利要求1所述的微型倾角器，其特征在于电压跟踪器(10)由二个运放(A1、A2)构成。
5.根据权利要求1所述的微型倾角器，其特征在于分压电路(11)由四个电阻(R5、R6、R9、R10)构成。
6.根据权利要求1所述的微型倾角器，其特征在于放大器(12)由二个运放(A3、A4)和四个电阻(R7、R8、R11、R12)构成。
7.根据权利要求1所述的微型倾角器，其特征在于微处理器(13)采用C805F002型微处理器。
全文摘要
本发明涉及一种微型倾角器，它包括壳体、盖、安装在壳体内的线路板以及对外连接的连接器和串行口，其电路结构为加速度传感器输出信号依次经低通滤波器、电压跟随器、分压电路和放大器接入微处理器，微处理器输出信号一种以模拟量直接经连接器输出；另一种经MAX202电平转换后经连接器输出。本发明的倾角器的重量轻、体积小、响应频率高、线性度高、可同时测量正交双轴的倾角。尤其适用于飞行器的倾角测量。
文档编号G01B7/30GK1544879SQ20031010889
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者刘武发, 蒋蓁, 龚振邦 申请人:上海大学