[发明专利]双轴倾角传感器系统及其变灵敏度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量及其信号处理技术，特别是涉及到了一种如何利用微处理器，数字电位 器，加速度传感器组成的闭环系统，实现对角度的变灵敏度处理方法，提高了该传感器的测 量范围。

背景技术

角度的测量在很多实际工程之中有着广泛的应用，例如：在地质钻孔测绘和工程测量， 堤坝位移和桥梁变形控制，地震地壳变化监控，机器安装和电子平衡，飞行器控制系统，武 装平台控制系统以及各种水平测量等方面，都有这类传感器的广泛应用，因此对角度的测量 有着比较高的要求。既希望测量的精度越高越好，又希望测量的范围能够越大越好，当然测 量的维数也是越多越好。传统的倾角传感器有着很多不同的实现方法，例如：气摆式倾角传 感器，液摆式倾角传感器，固摆式倾角传感器等。测量原理的不同，测量的精度和范围也不 一样。传统的倾角传感器普遍维数比较单一，并且存在体积大，操作繁琐，智能性低等缺点。 随着科技的飞速发展，技术的不断提高，尤其是MEMS技术的成功采用及其微传感器的广泛 应用，很多新型的智能传感器已经不断出现。伴随着这些智能传感器的出现，一些在传统传 感器体积大，操作不便等方面的问题也得到了很好地解决。基于MEMS技术的加速度传感器 制作的双轴倾角传感器得到了广泛的开发和使用，但是这种利用重力加速度原理的倾角传感 器，由于传感器的输入和输出之间表现为严重的非线性，尤其是倾角比较大条件测量时，传 感器的灵敏度已经接近为零，由于灵敏度的下降，造成传感器后续的调理电路或处理电路无 法分辨角度的变化，从而使其测量范围受到很大的制约。目前，国内外相关领域在利用MEMS 加速度传感器测量倾角方面，已经取得了很大的突破，例如在国内的专利检索中上海理工大 学在2007年7月20日提出的“物体倾角动态的测量方法及其装置”(专利申请号 101101202A)，就实现了用MEMS类的传感器对物体的倾角进行动态测量，并且说到测量的范 围为±45度。但是测量的角度范围一直受到限制，如今国内外能够做到的最大范围为±75度。

针对此问题，本发明提出了一种变灵敏度信号处理方法，在测量倾角较大时，利用数字 电位器进行有效的反馈，改变脉冲宽度调整电路的脉宽，提高传感器的灵敏度，从而实现传 感器灵敏度在不同角度情况下的自动调节，不但扩大了传感器的测量角度范围，使该传感器 的测量范围得到提高，而且具有开发成本低、硬件电路简单等特点，扩大了传感器的应用领 域。

发明内容

本发明的内容目的在于针对已有的技术的不足，提供了一种双轴倾角传感器系统机器变 灵敏度处理方法。该方法利用数字电位器分段改变其传感器灵敏度的方法，使得倾角传感器 的测量测量范围得到提高。

为达到上述的目的，本发明的构思是：利用加速度传感器进行倾角测量的基本原理是： 利用加速度传感器可以感受重力加速度(1g)，当传感器与重力场有一定的倾角时，由于加速 度为矢量，此时测得的加速度显然与倾角的大小有关，从而利用加速度传感器即可实现倾角 的测量。由于倾角传感器的输出与被测倾角之间为cosθ的关系，显然，被测倾角越大，传感 器的灵敏度越低，因此传感器的测量范围受到明显的制约。

为了实现解决这个问题，本发明构建了一个新型的倾角传感器的系统(如图1所示)，主 要包括微处理器，双轴加速度传感器，数字电位器等，它们构成一个闭环的倾角测量系统， 可以实现双轴倾角测量。其中加速度传感器实现重力加速度的感测，进而实现与重力加速度 有一定角度的倾角测量；微处理器的作用一方面是加速度传感器脉宽输出信号进行处理，另 一方面是与数字电位器有机结合，对数字电位器的阻值进行控制，当被测倾角较大时，控制 数字电位器输出较大的阻值，从而实现输出脉冲宽度的改变，达到提高传感器灵敏度的目的， 最终实现变灵敏度测量，提高传感器的测量范围。