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1、!!!!!!!!!!!!AB传感器技术（"#$%&’(#)*%’&+,$-.%*.-/&#(#01）!!!!!!!!!!!2334年第25卷第6期!基于7879加速度传感器的双轴倾角计及其应用:，2::刘武发，蒋!蓁，龚振邦（!;上海大学机电与自动化学院，上海"###$"；";郑州大学机械工程学院，河南郑州%&###"）摘!要：利用7879加速度传感器设计了双轴倾角计，并采用单片机进行了线性化和温度补偿，倾斜角以模拟量和数字量2种形式输出。该倾角计体积小、重量轻、精度高，能够很好地满足7<=姿态控制及其他应用的倾角测量。关键词：7879加速
2、度传感器；无人飞行器；倾角计；线性化；姿态控制中图分类号：=25>!!!文献标识码：@A@（2334）36?33AB?36’()*()+,(+,-.,./0)11+(2),(345)6.734898:)22.+./3-.,./:，2::CDEF$G)’，"D(4)47?@,3-),(34，:<)4><)(A4(B./6(,C，:<)4><)("###$"，D<(4)；";D3++3=8.2<94>(4，E<.4>F<3@A4(B./6(,C
3、，E<.4>F<3@%&###"，D<(4)）?56,/)2,：K&.MN&,#)LN’ON’(PN(PQ.P.%，L’+.,#&7879’--.(.%#Q.P.%，N+-#&+P%$-P.,，’&,(N&.’%NR’PN#&’+S.((’+P.QT.%’P$%.-#QT.&+’PN#&)#%N&T$PG#$T$P’%.-#&,$-P.,，’&,P/.&P/.N&-(N&’PN#&+’%..OT#%P.,N&P/.)#%Q+#)’&’(#0’&,,N0NP’(;DPN+#)+Q’((+NR.，(N0/PS.N0/P，/N0/’--$%’-1
4、，’&,P/.,.Q’&,#)Q.’%+$%N&0N&-(N&’PN#&+)#%7<=’PPNP$,.-#&P%#(’&,#P/.%’TT(N-’PN#&+N+Q..P.,;G.CH3/76：7879’--.(.%#Q.P.%；7<=（QN-%#’N%U./N-(.）；PN(PQ.P%.；(N&.’%NR’PN#&；’PPNP$,.-#&P%#(3!引!言［:］7<=由于体积和负载能力极为有限，因此，减小和减轻飞控导航系统的体积及重量，就显得尤为重要。本文基于7879加速度传感器，设计一种双轴倾角计，该装置精度高、重量轻，可满足7<=的姿态
5、角测量要求，也可用于其他需要体积小、重量轻的倾角测量设备上。［2，6］:!7879加速度传感器图!I指状电容器尺寸!IK(-.46(3463=2)1)2(,3/工的加速度计，以模拟量和脉宽调制数字量2种方式输出，!!悬臂梁的运动是由支撑它的多晶硅弹簧控制。这些弹并具有极低的功耗和噪音。表面微机械加工使加速度传感簧和悬臂梁的质量遵守牛顿第二定律：质量为!的物体，器、信号处理电路高度集成于一个硅片上。因受力"而产生加速度#，则"X!#。而弹簧的形变与所和所有加速度计一样，传感器单元是差动
6、电容器，其输受力的大小成比例，即"X$%，所以出与加速度成比例。加速度计的性能依赖于传感器的结构%X（!&$）#，设计。差动电容是由悬臂梁构成，而悬臂梁是由很多相间2分布的指状电容电极副构成，一副指状电容电极可简化为式中!%为位移，Q；!为质量，M0；#为加速度，QY+；$为弹图:所示的结构。每个指状电极的电容正比例于固定电极簧刚度系数，HYQ。和移动电极之间的重叠面积以及移动电极的位移。显然，因此，仅有支撑弹簧的刚度和悬臂梁的质量2个参数这些都是很小的电容器，并且，为了降低噪声和提高分辨是可控的。减小弹簧系数似乎是提高悬臂梁灵敏度的一种力
7、，实际上需要尽可能大的差动电容。容易方法，但悬臂梁的共振频率正比例于弹簧系数，所以，收稿日期：2335?3>?23!基金项目：国家AB6计划资助项目（233:<<522:B3），上海科技发展基金7879重大专项资助项目（32VI::3:>）万方数据第!期"""""""""""刘武发等：基于#$#%加速度传感器的双轴倾角计及其应用""""""""""""?.减小弹簧系数导致悬臂梁共振频率降低，而加速度计必须度最高。当敏感轴与重力平行时，每倾斜,-所引起输出加工作在共振频率之下。此外，增大弹簧系数使悬臂梁更坚速度的变化被忽略。当加速度计敏感轴与
8、重力垂直时，每固。所以，如果保持尽可能高的弹簧系数，只有悬臂梁的质倾斜,-所引起输出加速度的变化约为,./01#2，但在30-量参数是可变化的。通常，增大质量意味着增大传感器的时
