[发明专利]气体摆式惯性传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于对船舶、机器人等运动体的姿态测量和控制技术领域的气体摆式惯性传感器，它主要由敏感元件和信号处理电路等组成。

背景技术

众所周知，目前在运动体的姿态测量和控制技术领域里，检测物体水平姿态(倾角)和加速度的传感器，都是利用热气流、固体和液体在地球重力场中的摆特性，例如一般的摆式水平姿态传感器的基本工作原理如图1和图2所示：传感器与物体基面相连，当物体基面相对于水平面偏转θ时，由于重力作用，摆锤m将保持在铅锤方向，因而摆锤相对于物体基面的法向将偏转同样的角度θ，通过敏感元件就可检测出角度θ。所以一般摆式水平姿态传感器仅能用于静态测量，在动态条件下，由于加速度的干扰，不能用于运动物体的倾角测量。综上所述，一般的摆式水平姿态传感器都存在着上述的缺点，即只有当待测物体无加速度干扰时才可以进行精确测量，在动态条件下这些传感器由于外界加速度的干扰会引起极大的测量误差，其测量精确度大大降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种传感器，它不仅可以在待测物体无加速度干扰时进行精确测量，同时，也可以在待测物体有加速度干扰时进行精确测量。

为解决上述技术问题，本发明的基本思路是将气体摆式倾角传感器和气流式角速度陀螺组合成惯性传感器，利用陀螺消除加速度对水平姿态传感器的干扰。

本发明提出的抑制加速度干扰的气体摆式惯性传感器整体结构方框图如图3所示，它实际上是由气体摆式水平姿态传感器和气流式角速度陀螺以及信号处理电路组合而成的。其工作过程是水平姿态传感器输出信号经放大器的输出信号V_Iθ入微分器，微分器的输出信号与气流式角速度陀螺的输出信号同时加给比较器A，得到的信号即是加速度引起的干扰信号，比较器的输出信号加给积分器，积分器输出信号V_a经高通滤波器后的输出信号V’_a，又与放大器的输出信号经延时器后一起加给下一个比较器B，从而得到抑制加速度干扰的倾角信号V_θ。另外，该气体摆式惯性传感器还能直接给出角速度的输出信号V_ω。

传感器以模拟电压形式输出，未受加速度干扰时，倾角(θ)和角速度(ω)的输出电压V_θ、V_ω为

Vθ=V0θ+Kθθ---(1)]]>

Vω=V0ω+Kωω---(2)]]>

式中，分别为倾角和角速度输出的零位电压；K_θ，K_ω分别为倾角和角速度输出的比例系数。

发明人推导出图3抑制加速度干扰的水平姿态传感器输出电压(V_θ)的数学模型：