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基于MEMS加速度传感器的双轴倾角计及其应用:火狐体育

点击: 18512  编辑:火狐体育 时间:2021-07-01

本文摘要:谓之 言  MAV由于体积和阻抗能力十分受限,因此,增大和减低飞控导航系统的体积及重量,就变得尤为重要。

谓之 言  MAV由于体积和阻抗能力十分受限,因此,增大和减低飞控导航系统的体积及重量,就变得尤为重要。本文基于MEMS加速度传感器,设计一种双轴倾角计,该装置精度高、轻巧,可符合MAV的姿态角测量拒绝,也可用作其他必须体积小、轻巧的倾角测量设备上。  MEMS加速度传感器  ADXL202是近期的、较低重力加速度双轴表面微机械加工的加速度计,以模拟量和脉宽调制数字量2种方式输入,并具备极低的功耗和噪音。表面微机械加工使加速度传感器、信号处理电路高度构建于一个硅片上。

  和所有加速度计一样,传感器单元是差动电容器,其输入与加速度成比例。加速度计的性能依赖传感器的结构设计。差动电容是由悬臂梁包含,而悬臂梁是由很多相间产于的指状电容电极副包含,一副指状电容电极可简化为图1右图的结构。

每个指状电极的电容正比例于相同电极和移动电极之间的重合面积以及移动电极的偏移。似乎,这些都是较小的电容器,并且,为了减少噪声和提升分辨力,实质上必须尽量大的差动电容。

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    悬臂梁的运动是由承托它的多晶硅弹簧掌控。这些弹簧和悬臂梁的质量遵从牛顿第二定律:质量为m的物体,因受力F而产生加速度a,则F=ma。

而弹簧的应力与所受力的大小成比例,即F=kx,所以  x=(m/k)a,式中 x为偏移,m;m为质量,kg;a为加速度,m/s2;k为弹簧刚性系数,N/m。  因此,仅有承托弹簧的刚性和悬臂梁的质量2个参数是高效率的。

增大弹簧系数或许是提升悬臂梁灵敏度的一种更容易方法,但悬臂梁的共振频率正比例于弹簧系数,所以,增大弹簧系数造成悬臂梁共振频率减少,而加速度计必需工作在共振频率之下。此外,减小弹簧系数使悬臂梁更加牢固。

所以,如果维持尽量低的弹簧系数,只有悬臂梁的质量参数是可变化的。一般来说,减小质量意味著减小传感器的面积,从而使悬臂梁减小。在ADXL202中,设计出有一个精致的悬臂梁结构。

包含X轴和Y轴可变电容的指状电极沿着一个正方形四周的悬臂梁构建,从而使整个传感器的面积增大,而且,共用的大质量的悬臂梁提升了ADXL202的分辨力。坐落于悬臂梁四角的弹簧挂系统借以使X轴和Y轴的灵敏度耦合增大到大于。

  倾角测量原理  ADXL202用作倾角测量是最典型的应用于之一,它以重力作为输出矢量来要求物体在空间的方向。当重力与其脆弱轴横向时,它对弯曲最脆弱,在该方位上其对倾角的灵敏度最低。当脆弱轴与重力平行时,每弯曲1所引发输入加速度的变化被忽视。

当加速度计脆弱轴与重力横向时,每弯曲1所引发输入加速度的变化大约为17.。


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