專利名稱：一種數(shù)字式雙軸角位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種傳感器，具體涉及一種數(shù)字式雙軸角位移傳感器。
背景技術(shù)：
隨著我國科技的進(jìn)步，工程領(lǐng)域?qū)υO(shè)備安裝水平度的要求不斷提高，同時部分儀器也要求能夠得到準(zhǔn)確的角位移。在這樣的需求背景下，國內(nèi)傳感器市場需要一種高分辨率、低功耗、響應(yīng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低的角位移傳感器。目前，測量雙軸角位移的傳感器尚存在標(biāo)定方式復(fù)雜、對工作環(huán)境要求高、不能根據(jù)后續(xù)系統(tǒng)調(diào)整輸出參數(shù)的缺點。 發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種數(shù)字式雙軸角位移傳感器，是一種用雙軸加速度芯片制作的數(shù)字式傳感器，能夠測量設(shè)備在X軸、Y軸方向與水平面之間的角位移。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種數(shù)字式雙軸角位移傳感器，包括雙軸加速度傳感器3，雙軸加速度傳感器3的第一模擬電壓輸出端口 9和第二模擬電壓輸出端口 10分別和信號調(diào)理電路4的第一輸入端口 11和第二輸入端口 12相連接；信號調(diào)理電路4的第一輸出端口 13和A / D轉(zhuǎn)換模塊5的第一輸入端15相連接,信號調(diào)理電路4的第二輸出端口 14和A / D轉(zhuǎn)換模塊5的第二輸入端16相連接，A / D轉(zhuǎn)換模塊5的時鐘輸入端口 18和微處理器6的時鐘線輸入輸出
I/ O端口 20相連接，A / D轉(zhuǎn)換模塊5的數(shù)據(jù)線通信端口 17和微處理器6的數(shù)據(jù)線輸入輸出I / O端口 19相連接，微處理器6的發(fā)送輸出端口 21和信號轉(zhuǎn)換接口 7的接收輸入端口 23相連接，微處理器6的接收輸入端口 22和信號轉(zhuǎn)換接口 7的發(fā)送輸出端口 24相連接，微處理6的溫度測量輸入輸出I / O端口 30和溫度傳感器2的數(shù)據(jù)線通信端口 29相連接，信號轉(zhuǎn)換接口 7的發(fā)送輸出端口 25和上位機(jī)8的接收輸入端口 27相連接，信號轉(zhuǎn)換接口 7的接收輸入端口 26和上位機(jī)8的發(fā)送輸入端口 28相連接；溫度傳感器2、雙軸加速度傳感器3、A / D轉(zhuǎn)換模塊5、微處理器6以及信號轉(zhuǎn)換接口 7的電源輸入端和電源模塊I相連接。所述的信號調(diào)理電路4包括第一輸入端口 11和第二輸入端口 12,第一輸入端口11和電阻Rl的一端電連接，電阻Rl的另一端、并聯(lián)連接的電阻R2和電容Cl的一端以及第一電壓跟隨器31的正極接入端電連接，并聯(lián)連接的電阻R2和電容Cl的另一端接地，第一電壓跟隨器31的負(fù)極接入端、第一電壓跟隨器31的輸出端以及信號調(diào)理電路4的第一輸出端口 13電連接，信號調(diào)理電路4的第二輸入端口 12和電阻R3的一端電連接，電阻R3的另一端、并聯(lián)連接的電阻R4和電容C2的一端以及第二電壓跟隨器32的正極接入端電連接，并聯(lián)連接的電阻R4和電容C2的另一端接地，第二電壓跟隨器32的負(fù)極接入端、第二電壓跟隨器32的輸出端以及信號調(diào)理電路4的第二輸出端口 14電連接，其中電阻R1、電阻R2以及電容Cl的連接組成第一 RC電路，其中電阻R3、電阻R4以及電容C2的連接組成第二 RC電路。所述的微處理器6包含數(shù)字濾波模塊和溫度補(bǔ)償模塊。所述的雙軸加速度傳感器3采用的是微電子芯片。本實用新型通過雙軸加速度傳感器感應(yīng)到的被測量件重力加速度的分量大小變化并通過信號調(diào)理電路、A / D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器并結(jié)合溫度傳感器，最后將修正后的被測量件的雙軸角位移值通過信號轉(zhuǎn)換接口輸送到上位機(jī)顯示。由于雙軸加速度傳感器采用的是微電子芯片，具有靈敏度高和測量精度高的優(yōu)點；借助溫度傳感器實時監(jiān)測溫度的變化，并將溫度信號發(fā)送至微處理器中進(jìn)行溫度的自動補(bǔ)償，避免了傳感器受環(huán)境溫度影響較大從而導(dǎo)致精度差的缺點；微處理器利用數(shù)字濾波算法，有效地降低了測量過程中振動沖擊的影響，抗振動干擾能力強(qiáng)；采用信號轉(zhuǎn)換接口，可接入其它的設(shè)備來配合工作，擴(kuò)展·性好；上位機(jī)通過通信命令可對微處理器進(jìn)行輸出頻率的設(shè)置，以滿足后續(xù)系統(tǒng)的要求，提高了傳感器適用性，同時上位機(jī)也可以通過通信命令對傳感器角位移的角度標(biāo)定，更為方便快捷；另外所用的部件由小封裝低功耗電子器件組裝而成，體積小、功耗低。

圖I是本實用新型的各部件連接示意圖。圖2是本實用新型的信號調(diào)理電路4的內(nèi)部第一 RC電路和第一電壓跟隨器的接線圖。圖3是本實用新型的信號調(diào)理電路4的內(nèi)部第二 RC電路和第二電壓跟隨器的接線圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的描述。如圖I、圖2、圖3所示，本實用新型一種數(shù)字式雙軸角位移傳感器，包括雙軸加速度傳感器3，雙軸加速度傳感器3的第一模擬電壓輸出端口 9和第二模擬電壓輸出端口 10分別通過通信線纜和信號調(diào)理電路4的第一輸入端口 11和第二輸入端口 12相連接；信號調(diào)理電路4的結(jié)構(gòu)是其第一輸入端口 11和電阻Rl的一端電連接，電阻Rl的另一端、并聯(lián)連接的電阻R2和電容Cl的一端以及第一電壓跟隨器31的正極接入端通過電纜電連接，并聯(lián)連接的電阻R2和電容Cl的另一端接地，第一電壓跟隨器31的負(fù)極接入端、第一電壓跟隨器31的輸出端以及信號調(diào)理電路4的第一輸出端口 13通過電纜電連接，信號調(diào)理電路2的第二輸入端口 12和電阻R3的一端電連接，電阻R3的另一端、并聯(lián)連接的電阻R4和電容C2的一端以及第二電壓跟隨器32的正極接入端通過電纜電連接，并聯(lián)連接的電阻R4和電容C2的另一端接地，第二電壓跟隨器32的負(fù)極接入端、第二電壓跟隨器32的輸出端以及信號調(diào)理電路4的第二輸出端口 14通過電纜電連接，其中電阻R1、電阻R2以及電容Cl的連接組成第一 RC電路、其中電阻R3、電阻R4以及電容C2的連接組成第二 RC電路；信號調(diào)理電路4的第一輸出端口 13和A / D轉(zhuǎn)換模塊5的第一輸入端15通過通信電纜相連接，信號調(diào)理電路4的第二輸出端口 14和A / D轉(zhuǎn)換模塊5的第二輸入端16通過通信電纜相連接，A / D轉(zhuǎn)換模塊5的時鐘輸入端口 18和微處理器6的時鐘線輸入輸出I / O端口 20通過通信電纜相連接，A / D轉(zhuǎn)換模塊5的數(shù)據(jù)線通信端口 17和微處理器6的數(shù)據(jù)線輸入輸出I / O端口 19通過 通信電纜相連接，微處理器6包含數(shù)字濾波模塊和溫度補(bǔ)償模塊，微處理器6的發(fā)送輸出端口 21和信號轉(zhuǎn)換接口 7的接收輸入端口 23通過通信電纜相連接，微處理器6的接收輸入端口 22和信號轉(zhuǎn)換接口 7的發(fā)送輸出端口 24通過通信電纜相連接，微處理6的溫度測量輸入輸出I / O端口 30和溫度傳感器2的數(shù)據(jù)線通信端口 29通過通信電纜相連接，信號轉(zhuǎn)換接口 7的發(fā)送輸出端口 25和上位機(jī)8的接收輸入端口 27通過通信電纜相連接，信號轉(zhuǎn)換接口 7的接 收輸入端口 26和上位機(jī)8的發(fā)送輸入端口 28通過通信電纜相連接；溫度傳感器2、雙軸加速度傳感器3、A / D轉(zhuǎn)換模塊5、微處理器6以及信號轉(zhuǎn)換接口 7的電源輸入端通過供電線纜和電源模塊I相連接。本實用新型的工作原理是通過將該數(shù)字式雙軸角位移傳感器固定安置于被測量件上并接通電源模塊1，通電啟動加速度傳感器3、A / D轉(zhuǎn)換模塊5、微處理器6以及信號轉(zhuǎn)換接口 7，當(dāng)被測量件發(fā)生角度傾斜時，雙軸加速度傳感器3感應(yīng)地球重力加速度在其測量軸上的分量大小，并將兩路加速度信號轉(zhuǎn)換成兩路加速度模擬電壓信號通過雙軸加速度傳感器3的第一模擬電壓輸出端口 9和第二模擬電壓輸出端口 10分別輸出到信號調(diào)理電路4的第一輸入端口 11和第二輸入端口 12，該兩路加速度模擬電壓信號各自分別經(jīng)過信號調(diào)理電路的第一 RC電路和第一電壓跟隨器31、第二 RC電路和第二電壓跟隨器32的分壓和濾波以及提高輸入阻抗的處理后，再將處理后的兩路加速度模擬電壓信號分別通過信號調(diào)理電路的第一輸出端口 13和第二輸出端口 14輸送到和A / D轉(zhuǎn)換模塊5的第一輸入端15和和第二輸入端16，A / D轉(zhuǎn)換模塊5將發(fā)送來的兩路加速度模擬電壓信號進(jìn)行高分辨率采樣后，通過微處理器6的數(shù)字濾波模塊操縱時鐘線輸入輸出I / O端口 20向A / D轉(zhuǎn)換模塊5的時鐘輸入端口 18發(fā)出的時序控制指令，將高分辨率采樣結(jié)果根據(jù)微處理器6的數(shù)字濾波模塊的時序控制指令來定時經(jīng)A / D轉(zhuǎn)換模塊5的數(shù)據(jù)線通信端口 17發(fā)送至微處理器6的數(shù)據(jù)線輸入輸出I / O端口 19，微處理器6中數(shù)字濾波模塊采用無限脈沖響應(yīng)濾波算法對該高分辨率采樣結(jié)果進(jìn)行濾波處理并按照一定的關(guān)系式換算成相應(yīng)的當(dāng)前角度值，同時溫度傳感器2采集到外界環(huán)境溫度并將該溫度信號通過其數(shù)據(jù)線通信端口 29輸送至微處理器6的溫度測量輸入輸出I / O端口 30中，微處理器的溫度補(bǔ)償模塊經(jīng)過一定的關(guān)系式換算出當(dāng)前的溫度修正值，對當(dāng)前角位移值進(jìn)行溫度補(bǔ)償后計算出實際的傾斜角度值，微處理器6將實際的傾斜角度值通過信號轉(zhuǎn)換接口 7輸送到上位機(jī)8顯示，上位機(jī)8也通過信號轉(zhuǎn)換接口 7可對微處理器6的輸出頻率進(jìn)行設(shè)置以及對傳感器角位移的角度標(biāo)定。由于加速度傳感器3采用的是微電子芯片，具有靈敏度高和測量精度高的優(yōu)點；借助溫度傳感器2實時監(jiān)測溫度的變化并將其溫度信號輸送至微處理器6中的溫度補(bǔ)償模塊實現(xiàn)溫度的自動補(bǔ)償功能，能適應(yīng)溫度變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了受環(huán)境溫度影響較大而且測量精度較低的缺點；微處理器6利用數(shù)字濾波算法，有效地降低了測量過程中振動沖擊的影響，抗振動干擾能力強(qiáng)；采用信號轉(zhuǎn)換接口 7，可接入其它的設(shè)備來配合工作，擴(kuò)展性好；另外所用的部件由小封裝低功耗電子器件組裝而成，體積小、功耗低。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字式雙軸角位移傳感器，其特征在于包括雙軸加速度傳感器(3)，雙軸加速度傳感器(3)的第一模擬電壓輸出端口(9)和第二模擬電壓輸出端口(10)分別和信號調(diào)理電路(4)的第一輸入端口(11)和第二輸入端口(12)相連接；信號調(diào)理電路(4)的第一輸出端口(13)和A/D轉(zhuǎn)換模塊(5)的第一輸入端(15)相連接,信號調(diào)理電路(4)的第二輸出端口(14)和A/D轉(zhuǎn)換模塊(5)的第二輸入端(16)相連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊(5)的時鐘輸入端口(18)和微處理器(6)的時鐘線輸入輸出I/O端口(20)相連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊(5)的數(shù)據(jù)線通信端口(17)和微處理器(6)的數(shù)據(jù)線輸入輸出I/O端口(19)相連接，微處理器(6)的發(fā)送輸出端口(21)和信號轉(zhuǎn)換接口(7)的接收輸入端口(23)相連接，微處理器(6)的接收輸入端口(22)和信號轉(zhuǎn)換接口(7)的發(fā)送輸出端口(24)相連接，微處理(6)的溫度測量輸入輸出I/O端口(30)和溫度傳感器(2)的數(shù)據(jù)線通信端口(29)相連接，信號轉(zhuǎn)換接口(7)的發(fā)送輸出端口(25)和上位機(jī)(8)的接收輸入端口(27)相連接，信號轉(zhuǎn)換接口(7)的接收輸入端口(26)和上位機(jī)(8)的發(fā)送輸入端口(28)相連接；溫度傳感器(2)、雙軸加速度傳感器(3)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(5)、微處理器(6)以及信號轉(zhuǎn)換接口(7)的電源輸入端和電源模塊(O相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種數(shù)字式雙軸角位移傳感器，其特征在于所述的信號調(diào)理電路(4)包括第一輸入端口(11)和第二輸入端口(12),第一輸入端口(11)和電阻Rl的一端電連接，電阻Rl的另一端、并聯(lián)連接的電阻R2和電容Cl的一端以及第一電壓跟隨器(31)的正極接入端電連接，并聯(lián)連接的電阻R2和電容Cl的另一端接地，第一電壓跟隨器(31)的負(fù)極接入端、第一電壓跟隨器(31)的輸出端以及信號調(diào)理電路(4)的第一輸出端口(13)電連接，信號調(diào)理電路(4)的第二輸入端口(12)和電阻R3的一端電連接，電阻R3的另一端、并聯(lián)連接的電阻R4和電容C2的一端以及第二電壓跟隨器(32)的正極接入端電連接，并聯(lián)連接的電阻R4和電容C2的另一端接地，第二電壓跟隨器(32)的負(fù)極接入端、第二電壓跟隨器(32)的輸出端以及信號調(diào)理電路(4)的第二輸出端口(14)電連接，其中電阻R1、電阻R2以及電容Cl的連接組成第一 RC電路，其中電阻R3、電阻R4以及電容C2的連接組成第二 RC電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種數(shù)字式雙軸角位移傳感器，其特征在于所述的微處理器(6)包含數(shù)字濾波模塊和溫度補(bǔ)償模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種數(shù)字式雙軸角位移傳感器，其特征在于所述的雙軸加速度傳感器(3 )采用的是微電子芯片。
專利摘要一種數(shù)字式雙軸角位移傳感器，包括雙軸加速度傳感器、信號調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器及溫度傳感器，通過雙軸加速度傳感器感應(yīng)被測量件重力加速度的分量變化并通過信號調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器并結(jié)合溫度傳感器，最后將修正后的雙軸角位移值通過信號轉(zhuǎn)換接口輸送到上位機(jī)顯示；借助溫度傳感器實時監(jiān)測溫度變化，并進(jìn)行溫度自補(bǔ)償，改善了傳感器精度受環(huán)境溫度影響較大缺點；微處理器利用數(shù)字濾波算法，降低了振動沖擊的影響，抗振動干擾能力強(qiáng)；采用信號轉(zhuǎn)換接口，可接入其它的設(shè)備來配合工作，擴(kuò)展性好；上位機(jī)通過通信命令可對進(jìn)行輸出頻率的設(shè)置，提高了傳感器適用性，同時上位機(jī)通過通信命令來控制角度標(biāo)定，更為方便快捷。
文檔編號G01B7/30GK202793312SQ20122045555
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者王戰(zhàn), 徐明龍 申請人:西安交通大學(xué)