[发明专利]基于加速度计的倾斜传感器和使用该倾斜传感器的方法

说明书

本申请是申请人于2005年11月8日提交的、申请号为“200510120160.0”、名称为“基于加速度计的倾斜传感器和使用该倾斜传感器的方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及倾角计或倾斜传感器，具体来说，涉及一基于加速度计的倾斜传感器和使用该倾斜传感器的方法。

背景技术

加速度计通常安装在各种装置上，并用来测量装置相对于水平轴线的倾斜度。加速度计在重力加速度下起作用并检测重力场中的偏位。具体来说，当一加速度计相对于水平轴线倾斜某一角度时，作用在加速度计上的重力的垂直分量发生变化，导致加速度计内的电子部件不同地反应，并变化加速度计的输出读数。某些加速度计利用一压电晶体和一质量，由此，倾斜角的变化导致质量在压电晶体上施加变化的压力，这就产生输出信号。在其它的加速度计中，使用一电容器和电阻器来有效地形成一质量-弹簧系统，由此，输出信号在重力作用下随倾斜角而变化。

传统的基于倾斜传感器的加速度计对每一转动轴线使用一单独的加速度计。例如，一典型的双轴线倾斜传感器利用两个加速度计。为了纠正误差的目的，通常对每个转动轴线使用一附加的加速度计。换句话说，为了让双轴线倾斜传感器实现冗余性，需要四个加速度计。

传统的基于倾斜传感器的加速度计的一个缺点在于，它通常难于确定装置是否合适地发挥了功能。许多基于倾斜传感器的加速度计已安装了能验证加速度计合适功能的自检模式。这些自检模式的弱点在于，在自检模式的时候加速度计对于倾斜不能作出反应。

传统倾斜传感器的另一缺点在于，在安装过程中，它通常难于精确地将加速度计的坐标系统与要求测量的坐标系统对齐。通常这样的精确度需要复杂的制造过程。制造商常相对于最终组装好的产品保持加速度计轴线方向的精确控制。然而，要在加速度计和最终产品的安装点之间保持相同水平的精度较为困难。与加速度计测量轴线对齐不准会降低沿要求方向的灵敏度而增加横轴的灵敏度，它是对于沿正交于要求测量轴线方向的加速度的灵敏度。

传统倾斜传感器的还有另一缺点在于，如果在不改变物理设计使它能用于具有不同坐标系统的各种应用的情形下，不是不能改变最终组装好的产品的坐标系统的话，则这是困难的。可测量倾斜的最终产品可用于许多各具有其自己坐标系统的不同的产品中。因此，倾斜传感器所要求的安装部位和定向可能需要改变。由于这些可能性，所以，通常需要改变坐标系统而不变化该倾斜传感器。

因此，本发明的一主要目的是提供一基于倾斜传感器的加速度计，其允许在正常操作过程中进行误差探测。

本发明的另一主要目的是提供一倾斜传感器，其能容易地对齐于和安装在一装置上，而不需复杂的制造过程或对倾斜传感器部件的调整。

上述的和其它的目的对于本技术领域内的技术人员是很显然的。

发明内容

提供一倾斜传感器，由此，倾斜传感器具有安装在一底部上并定位在一公共平面内的至少三个加速度计。较佳地，加速度计围绕该公共平面的原点等距离地间隔开，相对于彼此大约间隔120°角。此外，第一加速度计较佳地相对于公共平面的其中一个轴线定位在45°角处。

还提供一使用倾斜传感器根据加速度计的读数来确定倾斜角的方法。

附图的简要说明

图1是一基于本发明的倾斜传感器的加速度计的平面图。

具体实施方式

参照图1，提供一倾斜传感器10，其具有一用来固定到一最终组装产品上的底板12，所述最终组装产品诸如重型机械，或在一简化的应用中诸如木匠的水平仪。底板12可包括一外壳(未示出)，并可由本技术领域内已知的任何传统材料制成。

如图1所示，至少三个加速度计14、16和18安装在底板12上。本发明考虑可使用附加的加速度计来用于冗余设计或可检测两个以上方向的倾斜。此外，加速度计14-18包括任何类型的基于力的加速度计，它们检测带有倾斜度的重力的偏移。

加速度计14-18定位在一公共平面内，例如，一X-Y平面。尽管X和Y轴通常与平行于水平方向的那些轴线相关，但本发明考虑可以是任何轴线的定向，包括一Z轴或垂直轴线。较佳地，如图1所示，加速度计14-18围绕公共平面的原点等距离地间隔，以使加速度计14-18彼此大约间隔120°。此外，加速度计14-18较佳地定位成：第一加速度计14相对于X轴成大约45°角，图1中用角Θ表示。加速度计14-18相对于彼此固定，以使所有三个都经受相同的重力加速度。