[发明专利]一种标定倾角传感器敏感轴零位输出值的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种倾角传感器的敏感轴零位输出值的标定方法和装置，特 别涉及一种电容式加速度传感器的倾角传感器的敏感轴零位输出值的标定方 法，还涉及到标定倾角传感器敏感轴零位输出值的装置。

背景技术

在建筑机械、路面机械、港口机械、起重机械等工程机械领域中，为了 达到机械状态监测和姿态控制的目的，要求倾角传感器能精确测量某部件相 对参照平面的倾斜角度。

传统的倾角传感器为摆式传感器，包括固体摆、液体摆和气体摆倾角传 感器，固体摆倾角传感器体积和重量都比较大；液体摆式倾角传感器外围电 路复杂，而且响应频率低；气体摆倾角传感器气体运动复杂，测量精度较低。 在传统倾角传感器的基础上，出现了以电容式加速度传感器为基础的新一代 倾角传感器，因新一代倾角传感器体具备体积小、功耗低、响应速度快和可 靠性高等优点，已经广泛应用于工程机械领域。

电容式加速度传感器是测量加速度的传感器，其工作原理是基于电容器 电场的特点，利用电容器电极之间电压的差值变化对加速度进行测量的。如 图1所示，电容器包括位于两端的定极板10和定极板30，动极板20位于两 个定电极板10和30中间，并能够根据受力的大小不同向两侧移动相应的距 离，移动时，动极板20与定极板10、30之间距离改变。如果设定极板10 的电压为0，定极板30的电压为U，在动极板20未受力时，动极板20的电 压为0.5U，从动极板20和定极板30输出的电压为0.5U。当动极板20受到 与电容器电场方向平行，向左侧的力F后，动极板20会向左移动一定的距离， 距离大小与F成正比，动极板20和定极板30之间输出的电压为(0.5+kl) U，其中k为系数，因此，可以看出输出的电压与受力F的大小成比例；以 电容器输出电压为基础，加速度传感器可以输出与电容器电压成正比关系的 初始参数。加速度传感器输出的初始参数可以是模拟电压的量，也可以是脉 波信号的占空比，加速度传感器的微处理器能够根据初始参数获取相应的加 速度数据，详细的资料可以参考专利号为CN200310108891.4公开的内容， 同时可以参考专利申请号CN200610012638.2的公开文本。

电容式加速度传感器的倾角传感器就是利用加速度传感器的输出初始参 数的不同，实现对倾斜角度的测量。在电容式加速度传感器的倾角传感器中， 为了标定倾角传感器所在部件的倾斜角度，还设有敏感轴，所述敏感轴与电 容式加速度传感器中电容器的电场方向平行。

电容式加速度传感器倾角传感器的工作原理是：电容式加速度传感器的 电容器水平放置时，动极板20和定极板30之间输出相应电压值，加速度传 感器能够输出一个与电压值成正比例关系的初始参数，此时输出的初始参数 值为倾角传感器敏感轴为零度时的输出值，也就是倾角传感器敏感轴零位输 出值zeroset。在倾角传感器的敏感轴与水平面成一定角度时，电容器的动极 板20在重力作用下，会产生相应的位移，电容式加速度传感器能够输出与此 时位移相对应的初始参数out，然后通过微处理器对输出的初始参数进行处 理，输出相应的倾角传感器敏感轴的倾斜角度数据，具体处理方式，也就是 角度数据的获取方法为：α＝arcsin{(out-zeroset)/sensitivity}，其中α为敏 感轴与水平面的夹角，sensitivity为加速度传感器的灵敏度，用out减去 zeroset就是重力在敏感轴方向的分量产生的初始参数，通过三角函数关系就 可以得出α，从而实现对倾角的测量，获取相应的倾角数据。

当前，由于倾角传感器为成批量生产，倾角传感器的敏感轴存在一个一 般零位输出值，这个一般的零位输出值与电容器动极板20的位置相关，但在 生产过程中，动极板的位置与设定的位置不可能都一致，会产生相应的误差， 因此，相对于一般零位输出值的每个倾角传感器的敏感轴零位输出值都有相 应的偏差，比如：加速度传感器ADXL213的zeroset一般偏差高达±2％， 如果不对倾角传感器进行零位输出值偏差进行补偿，将会影响倾角传感器的 测量精度。因此，在使用时需要将每个电容式加速度传感器的倾角传感器的 敏感轴零位输出值进行标定，对倾角传感器zeroset偏差进行补偿。