基于MEMS加速度傳感器的雙軸傾角計及其應用

傾角測量原理

ADXL202用于傾角測量是最典型的應用之一,它以重力作為輸入矢量來決定物體在空間的方向。當重力與其敏感軸垂直時,它對傾斜最敏感,在該方位上其對傾角的靈敏度最高。當敏感軸與重力平行時,每傾斜1 °所引起輸出加速度的變化被忽略。當加速度計敏感軸與重力垂直時,每傾斜1 °所引起輸出加速度的變化約為17. 5mgn ,但在45°時,每傾斜1 °所引起輸出加速度的變化僅為12. 5mgn ,而且,分辨力降低。表1為X, Y軸在鉛垂面內傾斜±90 °時,X, Y 軸的輸出。

當該加速度計的X, Y軸都與重力方向垂直時,可作為具有滾轉角和俯仰角的雙軸傾角傳感器。一旦加速度計的輸出信號被轉化為一個加速度, 該加速度將位于- 1 gn 和+ 1 gn 之間。則傾斜角以度表示可按下式計算

θ= arcsin (AX / gn )

γ= arcsin (AY / gn ) ,

式中　θ,γ分別為俯仰角和滾轉角, ( °) ; AX , AY 分別為加速度傳感器X軸和Y軸輸出, gn。

　傾角測量電路

測量電路方框圖如圖2所示, ADXL202輸出的電壓首先經低通濾波器慮波,再經電壓跟隨器進行阻抗匹配。當X, Y軸均處于水平位置時,兩路輸出電壓經分壓器分壓后為1. 2V,當X, Y軸分別從- 90°轉到+ 90°時,經過放大后的電壓從0V變到+ 2. 4V,以適應單片機C8051F002的A /D轉換器的需要,然后,用單片機進行線性化處理和溫度補償,分別以模擬量從D /A轉換器DAC0,DAC1輸出,并以θA 表示俯仰角的模擬量輸出,γB 表示滾轉角的模擬量輸出;同時,俯仰角和滾轉角轉換為數字量從串行口RS232以數字量度輸出,分別為θD 和γD。