[发明专利]一种基于三明治式角度敏感器的高精度双轴倾斜测量装置

权利要求书

1.一种基于三明治式角度敏感器的高精度双轴倾斜测量装置，其特征在于：包括双轴倾角传感器电路、电连接器和封装壳体、供电模块；所述双轴倾角传感器电路包括X轴MEMS角度敏感器、Y轴MEMS角度敏感器、调理电路、A/D转换电路、单片机电路和串口；X轴MEMS角度敏感器、Y轴MEMS角度敏感器同时采集安装位置的倾斜角度值，将采集的倾斜角度值信息发送至调理电路；调理电路调整接收的倾斜角度值信息的电压值信号，将与A/D转换电路匹配的电压值信号传输至A/D转换电路进行模数转换，传输至单片机电路；单片机电路对A/D转换电路输入的数字信号进行线性化处理，并对线性化处理后的信号进行零位基准补偿、温度漂移补偿、交叉耦合补偿，通过串口输出角度信号；双轴倾角传感器电路与电连接器连接，安装在封装壳体内；供电模块给双轴倾角传感器电路供电；

所述单片机电路对A/D转换电路输入的数字信号进行线性化处理的具体步骤如下：

(1.1)将N个测量位置点的角度值数字量与0°位置处的角度值数字量做差，将差值归一化处理后除以角度敏感器的标度因数，获得每个测量位置处实际角度对应的角度敏感器输出量；所述的N个测量位置点的角度值数字量指测量分度头在测量范围内均匀选取的N个测量位置点处的X轴MEMS角度敏感器、Y轴MEMS角度敏感器输出值经过A/D转换电路转换后获得的角度值数字量；所述的0°位置处的角度值数字量指测量分度头在0°位置处的X轴MEMS角度敏感器、Y轴MEMS角度敏感器输出值经过A/D转换电路转换后获得的角度值数字量；

(1.2)根据α＝sin^-1(A_x)获得倾斜角度值α，其中，A_x为步骤(1.1)中获得的角度敏感器输出量；

所述单片机电路对线性化处理后的角度值按零位基准补偿、交叉耦合补偿、温度漂移补偿的顺序进行处理，具体步骤如下：

(2.1)零位基准补偿的方法为将单片机电路对线性化处理后的角度值减去零位基准补偿值，使得零位基准误差≤2″；

(2.2)交叉耦合补偿的方法为：将单片机对零位基准补偿后的X轴向角度标度值减去X轴向耦合误差值，使得X轴向耦合误差≤0.2％；将单片机对零位基准补偿后的Y轴向角度标度值减去Y轴向耦合误差值，使得Y轴向耦合误差≤0.2％；

(2.3)温度漂移补偿的方法为：将单片机对交叉耦合补偿后的角度值减去温度漂移误差值，使得-40℃～70℃范围内零位偏移≤0.05°。

2.根据权利要求1的一种基于三明治式角度敏感器的高精度双轴倾斜测量装置，其特征在于：X轴MEMS角度敏感器、Y轴MEMS角度敏感器分别竖起安装在金属封装壳体的侧壁上，相互垂直。

3.根据权利要求2的一种基于三明治式角度敏感器的高精度双轴倾斜测量装置，其特征在于：所述步骤(2.1)中的零位基准补偿值的获得方法为：将倾斜测量装置放置在水平台上，记录下倾斜测量装置的输出值即为零位基准补偿值。

4.根据权利要求3的一种基于三明治式角度敏感器的高精度双轴倾斜测量装置，其特征在于：所述步骤(2.2)中X轴向耦合误差值的获得方法为：将双轴倾斜测量装置置于双轴位置台上，沿敏感轴Y向转动位置台，获得X轴向的角度标度值作为X轴向耦合误差值。

5.根据权利要求3或4的一种基于三明治式角度敏感器的高精度双轴倾斜测量装置，其特征在于：所述步骤(2.2)中Y轴向耦合误差值的获得方法为：将双轴倾斜测量装置置于双轴位置台上，沿敏感轴X向转动位置台，获得Y轴向的角度标度值作为Y轴向耦合误差值。

6.根据权利要求5的一种基于三明治式角度敏感器的高精度双轴倾斜测量装置，其特征在于：所述步骤(2.3)中温度漂移误差值的获得方法为：双轴倾斜测量装置置于温控大理石平台上，在-40℃～70℃范围内角度值按β＝A×T³+B×T²+C×T+D进行三阶多项式拟合，β为温度漂移误差值，其中，T为温度，A、B、C、D分别为拟合的三次项、二次项、一次项及常数项系数。