专利名称：一种数字式双轴角位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，具体涉及一种数字式双轴角位移传感器。
背景技术：
随着我国科技的进步，工程领域对设备安装水平度的要求不断提高，同时部分仪器也要求能够得到准确的角位移。在这样的需求背景下，国内传感器市场需要一种高分辨率、低功耗、响应速度快、适应性强、成本低的角位移传感器。目前，测量双轴角位移的传感器尚存在标定方式复杂、对工作环境要求高、不能根据后续系统调整输出参数的缺点。 发明内容为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种数字式双轴角位移传感器，是一种用双轴加速度芯片制作的数字式传感器，能够测量设备在X轴、Y轴方向与水平面之间的角位移。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种数字式双轴角位移传感器，包括双轴加速度传感器3，双轴加速度传感器3的第一模拟电压输出端口 9和第二模拟电压输出端口 10分别和信号调理电路4的第一输入端口 11和第二输入端口 12相连接；信号调理电路4的第一输出端口 13和A / D转换模块5的第一输入端15相连接,信号调理电路4的第二输出端口 14和A / D转换模块5的第二输入端16相连接，A / D转换模块5的时钟输入端口 18和微处理器6的时钟线输入输出
I/ O端口 20相连接，A / D转换模块5的数据线通信端口 17和微处理器6的数据线输入输出I / O端口 19相连接，微处理器6的发送输出端口 21和信号转换接口 7的接收输入端口 23相连接，微处理器6的接收输入端口 22和信号转换接口 7的发送输出端口 24相连接，微处理6的温度测量输入输出I / O端口 30和温度传感器2的数据线通信端口 29相连接，信号转换接口 7的发送输出端口 25和上位机8的接收输入端口 27相连接，信号转换接口 7的接收输入端口 26和上位机8的发送输入端口 28相连接；温度传感器2、双轴加速度传感器3、A / D转换模块5、微处理器6以及信号转换接口 7的电源输入端和电源模块I相连接。所述的信号调理电路4包括第一输入端口 11和第二输入端口 12,第一输入端口11和电阻Rl的一端电连接，电阻Rl的另一端、并联连接的电阻R2和电容Cl的一端以及第一电压跟随器31的正极接入端电连接，并联连接的电阻R2和电容Cl的另一端接地，第一电压跟随器31的负极接入端、第一电压跟随器31的输出端以及信号调理电路4的第一输出端口 13电连接，信号调理电路4的第二输入端口 12和电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端、并联连接的电阻R4和电容C2的一端以及第二电压跟随器32的正极接入端电连接，并联连接的电阻R4和电容C2的另一端接地，第二电压跟随器32的负极接入端、第二电压跟随器32的输出端以及信号调理电路4的第二输出端口 14电连接，其中电阻R1、电阻R2以及电容Cl的连接组成第一 RC电路，其中电阻R3、电阻R4以及电容C2的连接组成第二 RC电路。所述的微处理器6包含数字滤波模块和温度补偿模块。所述的双轴加速度传感器3采用的是微电子芯片。本实用新型通过双轴加速度传感器感应到的被测量件重力加速度的分量大小变化并通过信号调理电路、A / D转换模块、微处理器并结合温度传感器，最后将修正后的被测量件的双轴角位移值通过信号转换接口输送到上位机显示。由于双轴加速度传感器采用的是微电子芯片，具有灵敏度高和测量精度高的优点；借助温度传感器实时监测温度的变化，并将温度信号发送至微处理器中进行温度的自动补偿，避免了传感器受环境温度影响较大从而导致精度差的缺点；微处理器利用数字滤波算法，有效地降低了测量过程中振动冲击的影响，抗振动干扰能力强；采用信号转换接口，可接入其它的设备来配合工作，扩展·性好；上位机通过通信命令可对微处理器进行输出频率的设置，以满足后续系统的要求，提高了传感器适用性，同时上位机也可以通过通信命令对传感器角位移的角度标定，更为方便快捷；另外所用的部件由小封装低功耗电子器件组装而成，体积小、功耗低。

图I是本实用新型的各部件连接示意图。图2是本实用新型的信号调理电路4的内部第一 RC电路和第一电压跟随器的接线图。图3是本实用新型的信号调理电路4的内部第二 RC电路和第二电压跟随器的接线图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的描述。如图I、图2、图3所示，本实用新型一种数字式双轴角位移传感器，包括双轴加速度传感器3，双轴加速度传感器3的第一模拟电压输出端口 9和第二模拟电压输出端口 10分别通过通信线缆和信号调理电路4的第一输入端口 11和第二输入端口 12相连接；信号调理电路4的结构是其第一输入端口 11和电阻Rl的一端电连接，电阻Rl的另一端、并联连接的电阻R2和电容Cl的一端以及第一电压跟随器31的正极接入端通过电缆电连接，并联连接的电阻R2和电容Cl的另一端接地，第一电压跟随器31的负极接入端、第一电压跟随器31的输出端以及信号调理电路4的第一输出端口 13通过电缆电连接，信号调理电路2的第二输入端口 12和电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端、并联连接的电阻R4和电容C2的一端以及第二电压跟随器32的正极接入端通过电缆电连接，并联连接的电阻R4和电容C2的另一端接地，第二电压跟随器32的负极接入端、第二电压跟随器32的输出端以及信号调理电路4的第二输出端口 14通过电缆电连接，其中电阻R1、电阻R2以及电容Cl的连接组成第一 RC电路、其中电阻R3、电阻R4以及电容C2的连接组成第二 RC电路；信号调理电路4的第一输出端口 13和A / D转换模块5的第一输入端15通过通信电缆相连接，信号调理电路4的第二输出端口 14和A / D转换模块5的第二输入端16通过通信电缆相连接，A / D转换模块5的时钟输入端口 18和微处理器6的时钟线输入输出I / O端口 20通过通信电缆相连接，A / D转换模块5的数据线通信端口 17和微处理器6的数据线输入输出I / O端口 19通过 通信电缆相连接，微处理器6包含数字滤波模块和温度补偿模块，微处理器6的发送输出端口 21和信号转换接口 7的接收输入端口 23通过通信电缆相连接，微处理器6的接收输入端口 22和信号转换接口 7的发送输出端口 24通过通信电缆相连接，微处理6的温度测量输入输出I / O端口 30和温度传感器2的数据线通信端口 29通过通信电缆相连接，信号转换接口 7的发送输出端口 25和上位机8的接收输入端口 27通过通信电缆相连接，信号转换接口 7的接 收输入端口 26和上位机8的发送输入端口 28通过通信电缆相连接；温度传感器2、双轴加速度传感器3、A / D转换模块5、微处理器6以及信号转换接口 7的电源输入端通过供电线缆和电源模块I相连接。本实用新型的工作原理是通过将该数字式双轴角位移传感器固定安置于被测量件上并接通电源模块1，通电启动加速度传感器3、A / D转换模块5、微处理器6以及信号转换接口 7，当被测量件发生角度倾斜时，双轴加速度传感器3感应地球重力加速度在其测量轴上的分量大小，并将两路加速度信号转换成两路加速度模拟电压信号通过双轴加速度传感器3的第一模拟电压输出端口 9和第二模拟电压输出端口 10分别输出到信号调理电路4的第一输入端口 11和第二输入端口 12，该两路加速度模拟电压信号各自分别经过信号调理电路的第一 RC电路和第一电压跟随器31、第二 RC电路和第二电压跟随器32的分压和滤波以及提高输入阻抗的处理后，再将处理后的两路加速度模拟电压信号分别通过信号调理电路的第一输出端口 13和第二输出端口 14输送到和A / D转换模块5的第一输入端15和和第二输入端16，A / D转换模块5将发送来的两路加速度模拟电压信号进行高分辨率采样后，通过微处理器6的数字滤波模块操纵时钟线输入输出I / O端口 20向A / D转换模块5的时钟输入端口 18发出的时序控制指令，将高分辨率采样结果根据微处理器6的数字滤波模块的时序控制指令来定时经A / D转换模块5的数据线通信端口 17发送至微处理器6的数据线输入输出I / O端口 19，微处理器6中数字滤波模块采用无限脉冲响应滤波算法对该高分辨率采样结果进行滤波处理并按照一定的关系式换算成相应的当前角度值，同时温度传感器2采集到外界环境温度并将该温度信号通过其数据线通信端口 29输送至微处理器6的温度测量输入输出I / O端口 30中，微处理器的温度补偿模块经过一定的关系式换算出当前的温度修正值，对当前角位移值进行温度补偿后计算出实际的倾斜角度值，微处理器6将实际的倾斜角度值通过信号转换接口 7输送到上位机8显示，上位机8也通过信号转换接口 7可对微处理器6的输出频率进行设置以及对传感器角位移的角度标定。由于加速度传感器3采用的是微电子芯片，具有灵敏度高和测量精度高的优点；借助温度传感器2实时监测温度的变化并将其温度信号输送至微处理器6中的温度补偿模块实现温度的自动补偿功能，能适应温度变化而进行调节，避免了受环境温度影响较大而且测量精度较低的缺点；微处理器6利用数字滤波算法，有效地降低了测量过程中振动冲击的影响，抗振动干扰能力强；采用信号转换接口 7，可接入其它的设备来配合工作，扩展性好；另外所用的部件由小封装低功耗电子器件组装而成，体积小、功耗低。
权利要求1.一种数字式双轴角位移传感器，其特征在于包括双轴加速度传感器(3)，双轴加速度传感器(3)的第一模拟电压输出端口(9)和第二模拟电压输出端口(10)分别和信号调理电路(4)的第一输入端口(11)和第二输入端口(12)相连接；信号调理电路(4)的第一输出端口(13)和A/D转换模块(5)的第一输入端(15)相连接,信号调理电路(4)的第二输出端口(14)和A/D转换模块(5)的第二输入端(16)相连接，A/D转换模块(5)的时钟输入端口(18)和微处理器(6)的时钟线输入输出I/O端口(20)相连接，A/D转换模块(5)的数据线通信端口(17)和微处理器(6)的数据线输入输出I/O端口(19)相连接，微处理器(6)的发送输出端口(21)和信号转换接口(7)的接收输入端口(23)相连接，微处理器(6)的接收输入端口(22)和信号转换接口(7)的发送输出端口(24)相连接，微处理(6)的温度测量输入输出I/O端口(30)和温度传感器(2)的数据线通信端口(29)相连接，信号转换接口(7)的发送输出端口(25)和上位机(8)的接收输入端口(27)相连接，信号转换接口(7)的接收输入端口(26)和上位机(8)的发送输入端口(28)相连接；温度传感器(2)、双轴加速度传感器(3)、A/D转换模块(5)、微处理器(6)以及信号转换接口(7)的电源输入端和电源模块(O相连接。
2.根据权利要求I所述的一种数字式双轴角位移传感器，其特征在于所述的信号调理电路(4)包括第一输入端口(11)和第二输入端口(12),第一输入端口(11)和电阻Rl的一端电连接，电阻Rl的另一端、并联连接的电阻R2和电容Cl的一端以及第一电压跟随器(31)的正极接入端电连接，并联连接的电阻R2和电容Cl的另一端接地，第一电压跟随器(31)的负极接入端、第一电压跟随器(31)的输出端以及信号调理电路(4)的第一输出端口(13)电连接，信号调理电路(4)的第二输入端口(12)和电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端、并联连接的电阻R4和电容C2的一端以及第二电压跟随器(32)的正极接入端电连接，并联连接的电阻R4和电容C2的另一端接地，第二电压跟随器(32)的负极接入端、第二电压跟随器(32)的输出端以及信号调理电路(4)的第二输出端口(14)电连接，其中电阻R1、电阻R2以及电容Cl的连接组成第一 RC电路，其中电阻R3、电阻R4以及电容C2的连接组成第二 RC电路。
3.根据权利要求I所述的一种数字式双轴角位移传感器，其特征在于所述的微处理器(6)包含数字滤波模块和温度补偿模块。
4.根据权利要求I所述的一种数字式双轴角位移传感器，其特征在于所述的双轴加速度传感器(3 )采用的是微电子芯片。
专利摘要一种数字式双轴角位移传感器，包括双轴加速度传感器、信号调理电路、A／D转换模块、微处理器及温度传感器，通过双轴加速度传感器感应被测量件重力加速度的分量变化并通过信号调理电路、A／D转换模块、微处理器并结合温度传感器，最后将修正后的双轴角位移值通过信号转换接口输送到上位机显示；借助温度传感器实时监测温度变化，并进行温度自补偿，改善了传感器精度受环境温度影响较大缺点；微处理器利用数字滤波算法，降低了振动冲击的影响，抗振动干扰能力强；采用信号转换接口，可接入其它的设备来配合工作，扩展性好；上位机通过通信命令可对进行输出频率的设置，提高了传感器适用性，同时上位机通过通信命令来控制角度标定，更为方便快捷。
文档编号G01B7/30GK202793312SQ20122045555
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者王战, 徐明龙 申请人:西安交通大学