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专利名称：三轴姿态传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种姿态传感器，具体地说是一种采用微机械陀螺仪和加速度计 的三轴姿态传感器。
背景技术：
目前，载体姿态角及角运动信息主要采用的惯性测量方法是利用激光陀螺、框架 陀螺仪及挠性陀螺仪等高精度的惯性器件进行北向定位，或使用卫星定位技术确定载体北 向，再根据北向对陀螺仪及加速度计的输出进行矢量分析，解算出系统的运动信息，这些技 术中存在的不足为需要使用高精度陀螺仪，同时需要采用复杂的供电电源体制，后续还需 要再平衡回路，因此技术方案复杂；另外由于高精度陀螺仪的成本高，造成价格也很高，不 利于实现低成本化。

实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种三轴姿态传感器，可有效 地实现载体姿态角及角运动信息的测量。本实用新型通过如下技术方案予以实现。一种三轴姿态传感器，包括敏感元件、信号处理板和电源板，其特征在于所述敏 感元件为微机械陀螺仪和加速度计。与现有技术相比，本实用新型达到的有益效果为本实用新型采用微机械陀螺仪和 加速度计来测量载体的姿态角及角运动信息，利用了低精度微机械陀螺仪加速度效应的误 差补偿技术，使本技术方案需要提供的电源仅为+5V，不需要后续再平衡回路，大大简化了 产品的结构，另外，由于微机械陀螺仪价格是高精度机械陀螺仪、光陀螺仪的五分之一，因 此实现了产品的低成本化。

图1是本实用新型的结构图；图2是本实用新型中敏感元件组合结构图；图3是本实用新型的组成方框图；图4是加速度计测量姿态角的工作原理图。图中1-微机械陀螺仪，2-加速度计，3-减振器，4-连接器，5-支架，6-电源板， 7_信号处理板。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本实用新型的内容作进一步详细说明，但不应就此理解 为本实用新型所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本实用新型上述技术思想情 况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本实用新型的范围内。图1是本实用新型的结构图，本实用新型所述的三轴姿态传感器包括敏感元件、 信号处理板和电源板，其特征在于所述敏感元件为微机械陀螺仪和加速度计。三轴姿态传 感器的壳体内一侧安装有电源板6和信号处理板7，壳体的底板上设置有支架5，微机械陀 螺1与加速度计2敏感元件固定在支架5上，同时支架5上也连接有微机械陀螺1与加速 度计2的输出连接器4，以便于产品维护。图3和图4分别是本实用新型的组成方框图和加速度计测量姿态角的工作原理 图，本实用新型利用加速度计测量载体姿态角的原理是利用加速度计测量地球重力加速 度在载体测量轴上的分量，经过解算获得载体的姿态角，当加速度计的敏感轴处于水平面 时，地球重力加速度在加速度计的敏感轴上的分量为零，当加速度计的敏感轴与水平面之 间存在一个角度时，加速度计便有输出，输出的大小与敏感轴与水平面之间角度呈一个正 弦曲线关系，当加速度计的敏感轴铅垂于水平面时，加速度计便敏感的是一个地球重力加 速度g。图2中加速度计的敏感量gl = g ^in θ，则通过求反三角θ = arcsin(gl/g)就 可得到加速度计的敏感轴与水平面之间的角度的值。一般而言，测量载体在运动状态时的角速率信息只需要陀螺仪即可，测量载体在 运动状态时的仿真信息只需要加速度计即可，但是由于在实际工作时，产品的安装位置，并 不在载体运动的回转中心上，而是与载体运动的回转中心有一定的距离r，这样造成的结果 是产品在运动的载体上的运动轨迹是以绕载体运动的回转中心为圆心、半径为r的一段 圆弧ABC上往复运动。在此情况下，在运动时产品会受到离心力作用，从而产生离心加速 度，这个离心加速度会和重力加速度耦合在一起，造成加速度计的测量值中包含了离心加 速度，直接计算就存在误差，这个测量误差随着离心加速度的变化而变化，离心加速度a的 大小与离心半径r和角速率ω有关，即a = Γω2。根据系统的工作环境，经过仿真计算产 品安装在载体的不同位置所产生的测量误差。在载体摇摆幅度和周期一定的情况下，离心 半径r越大，则由其引起的测试误差就越大，为此必须对其进行补偿，才能达到技术指标的 要求，其补偿方法是采用陀螺仪测出产品绕载体回转中心的角速率信息，经过解算得到离 心加速度的值，最后用此信息对加速度计的输出数据进行补偿，从而得到真实的载体相对 地理坐标系的姿态角信息。
权利要求1. 一种三轴姿态传感器，包括敏感元件、信号处理板和电源板，其特征在于所述敏感 元件为微机械陀螺仪(1)和加速度计(2)。
专利摘要本实用新型公开了一种三轴姿态传感器，包括敏感元件、信号处理板和电源板，其特征在于所述敏感元件为微机械陀螺仪和加速度计。本实用新型采用微机械陀螺仪和加速度计来测量载体的姿态角及角运动信息，利用了低精度微机械陀螺仪加速度效应的误差补偿技术，使本技术方案需要提供的电源仅为+5V，不需要后续再平衡回路，大大简化了产品的结构，另外，由于微机械陀螺仪价格是高精度机械陀螺仪、光陀螺仪的五分之一，因此实现了产品的低成本化。
文档编号G01C21/16GK201897479SQ201020582320
公开日2011年7月13日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者代洪兵, 张道勇, 杨通兰, 殷芹, 邓小群 申请人:贵州航天控制技术有限公司