专利名称：具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及倾角传感器，具体涉及ー种具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器。
背景技术：
目前市场上已有的倾角传感器主要是针对对可靠性和測量精度要求不高的场合，一般只能适用于静态和常温倾角测量场合，并且对安装精度要求很高，输出接ロ多是单ー接ロ，比如数字量输出的大多都是RS232、RS422、RS485、CAN、PWM等形式，或者是模拟量输出 0-5V, 0. 5-4. 5V, 0-10V, 4-20mA, 0_20mA 等形式
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题是提供ー种在水平安装状态下，可以实现2维面角度測量，测量范围可达到正负90°，正负80°范围内、静态、全温-40°C +80°C精度优于0. 05°，在垂直安装状态下，可以自动调整为360度测量模式，0-360度范围内静态全温-40°C +80°C精度优于0. 05°，实现全角度测量的具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器。为了达到上述的技术问题，本实用新型采取的技术方案为一种具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器，特殊之处在于包括电源管理�？�、感应�？�、信号调理�？�、A/D转换�？�、数字处理和控制�？椤⑽露葴y量�？�、输出接ロ�？椋杏δ？榘ㄋ峒铀俣却衅�、双轴角速率传感器，电源管理�？榉直鹩敫杏δ？�、信号调理�？�、A/D转换�？�、数字处理和控制�？椤⑽露葴y量模块、输出接ロ�？榱樱杏δ？榈募铀俣却衅�、双轴角速率传感器分别经信号调理�？�、A/D转换�？槭涑龅绞执砗涂刂颇？椋执砗涂刂颇？橥ü涑鼋鹰砟？槭涑觥Ｉ鲜龅牡缭垂芾砟？榘ǖ缭幢；ぜ癊MC处理单元、DC-DC降压转换単元、LDO稳压及滤波単元、线性稳压�？閰g元、高精度基准5V电压源単元，电源保护及EMC处理单元一路依次连接DC-DC降压转换単元、LDO稳压及滤波单元，另一路依次连接线性稳压�？榈ピ�、高精度基准5V电压源単元。上述的信号调理模块包括4个通道的信号调理及低通滤波电路。上述的数字处理和控制�？榘▍⑹４鎱g元、数字信号处理器単元，參数保存単元与数字信号处理器单元连接。上述的温度測量�？椴捎梦露却衅�。上述的输出接ロ�？榘ㄊ质涑龅ピ�、模拟输出単元，数字输出单元、模拟输出单兀分别与输出保护电路连接。上述的感应�？榈牧礁黾铀俣却衅鞯牟饬恐崦舾蟹较蛳嗷ゴ怪保绷礁鼋撬俾蚀衅鞯牟饬恐嵯蚍直鹩肓礁黾铀俣却衅鞯牟饬恐嵯蚱叫�。与现有技术相比，本实用新型的有益效果[0013]I、解决了基于纯加速度原理的倾角传感器在颠簸、震动、摇摆的环境下无法进行准确测量的问题。2、本实用新型加入了高精度温度传感器，结合本设计特有的温度自动补偿算法，使产品具备了极高的温度稳定性，在-40°C +80°C 范围内，角度的零点温度漂移小于0. 03 度。3、本实用新型的输出接ロ同时具备数字量输出和模拟量输出接ロ，两种输出接ロ分别有多种输出形式可选。4、本实用新型具备两种工作模式，在水平安装时，利用2个相互垂直放置的加速度传感器的放置特点，实现了 2维面角度測量。解决了普通倾角测量装置只能精确测量其投影夹角的弊病。普通倾角测量装置对安装精度要求高，否则无法高精度测量的问题，在垂直安装时，传感器可以进入全角度测量模式，利用双轴垂直的特点，进行4象限角度測量。
测量范围拓展到0-360°。5、本实用新型測量精度高，在全温-40°C +80°C范围内，静态测量精度优于0.05°，动态测量，在5g以上的冲击、震动环境下，动态误差< 0. 2°。6、本实用新型的エ业防护等级高，到达了 IP67标准，满足GB/T 17626. 4-2008 (电快速瞬变脉冲群抗扰度试验)和GB/T 17626. 5-2008 (浪涌(冲击)抗扰度试验)标准。
图I为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细描述。參见图1，本实用新型包括电源管理�？镮、感应�？�2、信号调理�？�3、A/D转换�？�4、数字处理和控制�？�5、温度測量模块6、输出接ロ模块7，电源管理�？镮包括电源保护及EMC处理单元8、DC-DC降压转换単元9、LDO稳压及滤波単元10、线性稳压模块単元U、高精度基准5V电压源単元12，电源保护及EMC处理单元8 一路依次连接DC-DC降压转换单元9、LDO稳压及滤波单元10，另一路依次连接线性稳压�？榈ピ�11、高精度基准5V电压源単元12 ;信号调理模块3包括4个通道的信号调理及低通滤波电路15 ;数字处理和控制�？�5包括參数保存単元16、数字信号处理器单元17，參数保存単元16与数字信号处理器単元17连接；温度測量模块6采用温度传感器；输出接ロ模块7包括数字输出单元18、模拟输出单元19，数字输出单元18、模拟输出单元19分别与输出保护电路20连接；感应�？�2包括双轴加速度传感器13、双轴角速率传感器14 ；电源管理�？镮分别与感应模块2、信号调理�？�3、A/D转换�？�4、数字处理和控制�？�5、温度測量�？�6、输出接ロ�？�7连接，电源管理�？镮的高精度基准5V电压源単元12分别与感应�？�2的加速度传感器、双轴角速率传感器14连接，感应�？�2的加速度传感器、双轴角速率传感器14分别经信号调理模块3的两个通道的信号调理及低通滤波电路15再经A/D转换�？�4输出到数字处理和控制�？�5的数字信号处理器単元17，温度传感器与数字信号处理器単元17连接，数字信号处理器単元17的输出分别通过输出接ロ�？�7的数字输出单元18、模拟输出单元19，数字输出单元18、模拟输出单元19分别与输出保护电路20连接。上述的感应模块2的两个加速度传感器的测量轴敏感方向相互垂直，同时两个角速率传感器的测量轴向分别与两个加 速度传感器的测量轴向平行，角速率传感器对敏感轴向的动态信息进行测量并进行动态补偿，加速度传感器可准确测量敏感轴向的角度变化。工作流程电源管理�？镮分别给感应�？�2、信号调理�？�3、模数转换�？�、数字信号处理及控制�？�、温度測量�？�6、输出接ロ�？�7供电。所述的倾角传感器通过感应�？�2和信号调理模块3的单向连接，信号调理�？�3和模数转换�？榈牡ハ蛄樱Ｊ荒？楹褪中藕糯砑翱刂颇？榈乃蛄樱中藕糯砑翱刂颇？橛胧涑鼋鹰砟？�7进行双相连接，数字信号处理及控制�？橛胛露葴y量�？�6单向连接。本实用新型的工作原理为本实用新型采用高精准电压基准芯片给加速度传感器和角速率传感器供电，保证了传感器的最佳电气性能和温度特性，把两个轴向垂直的加速度信号和两个轴向垂直的角速率(陀螺仪)信号(两个加速度传感器的敏感轴向和两个角速率(陀螺仪)传感器敏感方向严格一致)作为输入信号，分别经过信号调理�？�3处理之后，送入24位模数转换器，经过24位AD转换后，将数字量输入数字信号处理器(可以是MCU、DSP或ARM)进行数据信号处理，数字信号处理器先分别对加速度信号和角速率信号进行FIR低通滤波处理和卡尔曼滤波处理。同时，数字信号处理器通过对高精度数字温度传感器的温度測量值的读�。竦么衅鞯奈露刃畔ⅲ漏`步进行温度补偿获得温度信息，数字信号处理器通过三角函数的原理对加速度信号进行解算，从而分别获得两个轴向倾角的数值，然后，根据传感器的安装方式进行工作模式判断，当传感器进行水平安装时，把两个轴向的倾角信息进行连续两次坐标投影，从而获得两个敏感轴所在平面的ニ维面角度值，从而解决了安装误差对測量精度的影响，当传感器进行垂直安装时，数字信号处理器对两个轴向的倾角分量进行四象限分析，从而获得0-360°的測量范围，为了达到最佳的温度特性和最佳的线性精度，利用三轴温控转台对加速度传感器的測量值进行四阶多项式线性拟合，零点温度补偿、刻度因数温度补偿和交叉灵敏度补偿，为了抵消动态加速度分量对测量精度的影响，利用角速率传感器分别对两个加速的传感器的动态误差进行动态补偿，參数保存�？槎杂没У纳柚脜⑹�、温度信息、校准信息进行保存，数字信号处理器把经过一系列算法处理后的最終角度信息通过输出接ロ，依据CANopen、MODbus> Profibus协议或者用户自定义的通讯协议进行角度输出，同时根据客户的选择，配合以相应的模拟量输出。本实用新型使产品达到满足GB/T 17626. 4-2008 (电快速瞬变脉冲群抗扰度试验)和GB/T 17626. 5-2008 (浪涌(冲击)抗扰度试验)标准。对产品的输入输出接ロ都分别进行和保护处理和电磁兼容处理。确保了产品的安全性和可靠性，并且在产品的生产エ艺中融入了 IP67标准。
权利要求1.一种具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器，特征在于包括电源管理�？�(I)、感应�？�(2 )、信号调理模块(3 )、A/D转换�？�(4)、数字处理和控制�？�(5 )、温度测量�？�(6 )、输出接口�？�(7 )，感应�？�(2 )包括双轴加速度传感器(13)、双轴角速率传感器(14 )，电源管理模块(I)分别与感应�？�(2 )、信号调理�？�(3 )、A/D转换�？�(4 )、数字处理和控制�？�(5 )、温度测量�？�(6 )、输出接口�？�(7 )连接，感应�？�(2 )的加速度传感器、双轴角速率传感器(14)分别经信号调理�？�(3)、A/D转换�？�(4)输出到数字处理和控制�？�(5)，数字处理和控制�？�(5)通过输出接口模块(7)输出。
2.根据权利要求I所述的具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器，特征在于所述的电源管理�？�(I)包括电源保护及EMC处理单元(8)、DC-DC降压转换单元(9)、LDO稳压及滤波单元(10)、线性稳压�？榈ピ�(11)、高精度基准5V电压源单元(12)，电源保护及EMC处理单元(8)—路依次连接DC-DC降压转换单元(9)、LDO稳压及滤波单元(10)，另一路依次连接线性稳压模块单元(11)、高精度基准5V电压源单元(12)。
3.根据权利要求I或2所述的具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器，特征在于所述的信号调理�？�(3)包括4个通道的信号调理及低通滤波电路(15)。
4.根据权利要求3所述的具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器，特征在于所述的数字处理和控制�？�(5)包括参数保存单元(16)、数字信号处理器单元(17)，参数保存单元(16)与数字信号处理器单元(17)连接。
5.根据权利要求4所述的具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器，特征在于所述的温度测量�？�(6)采用温度传感器。
6.根据权利要求5所述的具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器，特征在于所述的输出接口�？�(7 )包括数字输出单元(18 )、模拟输出单元(19 )，数字输出单元(18 )、模拟输出单元(19 )分别与输出保护电路(20 )连接。
7.根据权利要求6所述的具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器，特征在于所述的感应�？�(2)的两个加速度传感器的测量轴敏感方向相互垂直，同时两个角速率传感器的测量轴向分别与两个加速度传感器的测量轴向平行。
专利摘要本实用新型涉及一种具备高精度、温度补偿、动态补偿的倾角传感器。本实用新型的电源管理�？榉直鹩敫杏δ？�、信号调理�？�、A/D转换�？�、数字处理和控制�？�、温度测量模块、输出接口�？榱樱杏δ？榈募铀俣却衅�、双轴角速率传感器分别经信号调理�？�、A/D转换模块输出到数字处理和控制�？椋执砗涂刂颇？橥ü涑鼋涌谀？槭涑�。本实用新型解决了现有的倾角传感器在颠簸、震动、摇摆的环境下无法进行准确测量的问题，具备了极高的温度稳定性、精度高、工业防护等级高。
文档编号G01C9/00GK202648652SQ20122016147
公开日2013年1月2日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者王景伟, 高小鹏 申请人:西安精准测控有限责任公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
