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1、48传感器技术(JournalofTransducerTechnology)2005年第24卷第4期基于加速度计的数字式倾角仪的设计韩宏,吴嘉澍(江南大学通信与控制学院,江苏无锡214122)摘要:所设计的数字式倾角仪是一种基于MEMS热电偶加速度计的智能测量仪,可用于测量0°～360°倾角,同时,针对环境温度变化时对加速度计的影响,通过软件进行了补偿,测试表明:该倾角仪的测量精度达±0.1°,并具有良好的工作稳定性和较高的性价比。关键词:倾角仪;加速度计;单片机;热零点漂移补偿中图分类号:TP217.1文献标识码:A文章编号:1000-9787(2005)04-0048-03Des
2、ignofelectronicdigitalinclinometerbasedonaccelerometerHANHong,WUJia2shu(DeptofCommandCont,SouthernYangtzeUniversity,Wuxi214122,China)Abstract:AkindofelectronicdigitalinclinometerbasedonMEMSaccelerometerisdesigned.Intheinstrument,anintellectualizedmeasuringapparatuscanbeusedtomeasureobliquityfro
3、m0°to360°.Toavoidtheinfluenceoftheentironment,theinclinometer’sthermalzeropointshiftisalsocompensatedthroughthesoftwaredesign.Itisprovedthattheinstrumentwhichachievesanaccuracyof±0.1°worksstableandpossessesthemaxperformance/priceratio.Keywords:inclinometer;accelerometer;singlechipprocessor;ther
4、malzeropointshiftcompensation0引言(25℃时)周期为10ms(100Hz),当受到1gn加速度时,输目前,许多工程应用中需要一个水平基准或是对倾角出为70%的占空比(1个脉冲周期中高电平的时间与脉冲进行测量,并将这些数据输入到计算机等设备进行数据处时间的比)。同时,该占空比输出信号可以直接与微控制理或进行实时处理。根据上述需要,本文作者设计的倾角器相连。和其他市场上较多使用的电解质型倾角传感器相比,仪由于采用了基于MEMS热电偶加速度计MXD2020EL,使MXD2020EL具有以下优点:由于加速度计采用MEMS技得传感器和混合信号处理电路集成在一个使用
5、标准CMOS术,使得传感头与混合信号处理电路集成于一体,大大地降工艺的芯片上,从而令外围数字处理电路极其简单,整个仪低了成本,具有良好的性价比;在采用热传导原理设计后,器可做得超小型化,性能稳定可靠。在国内,利用MEMS其内部的微机械结构中不存在可移动的质量块,这使得它技术制作倾角仪几乎还是空白,为了能够赶上国外水平和得以排除其他电容式传感器都存在的粘连、颗粒问题;另满足国内的实际需要,一方面想方设法利用软件补偿等方外,也不用像电容式传感器那样需要根据应用场合的不同,法提高传感器的精度,另一方面,尽可能简化电路,使得整改变电解液的粘度来降低振动的影响,MXD2020EL能承受体成本大
6、大降低。本文主要就倾角检测和热零点漂移补偿大于50000gn的冲击。进行简要介绍。MXD2020EL可以测量运动和静态的加速度。静态加1倾角测量原理速度的一个特殊的例子就是重力加速度,当加速度计静止[1]时(也就是侧面和垂直方向没有加速度作用),那么,作用倾角仪采用专用于角度测量的MXD2020EL热电偶加速度计,具有±0.1°的测量精度,在-40～105℃范围内,在它上面的只有重力加速度。重力(垂直)和加速度计灵[2]可测量0°～360°的倾角,在+3～+5.25V范围内,进行直敏轴之间的夹角就是倾斜角。因为倾角是由灵敏轴和流供电,在25℃时,消耗电流小于4.8mA,输出信号是正比
7、重力矢量所组成的垂直平面决定,倾斜可以从加速度计初于加速度的占空比(脉宽/周期)数字信号,出厂前被编程始的位置测得。在大多数设计中,加速度计的位置由水平收稿日期:2004-09-28©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第4期韩宏等:基于加速度计的数字式倾角仪的设计49或者垂直的PCB(印刷电路板)决定。当需要
