專利名稱：三軸姿態(tài)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種姿態(tài)傳感器，具體地說是一種采用微機械陀螺儀和加速度計的三軸姿態(tài)傳感器。
背景技術(shù)：
目前，載體姿態(tài)角及角運動信息主要采用的慣性測量方法是利用激光陀螺、框架陀螺儀及撓性陀螺儀等高精度的慣性器件進行北向定位，或使用衛(wèi)星定位技術(shù)確定載體北向，再根據(jù)北向?qū)ν勇輧x及加速度計的輸出進行矢量分析，解算出系統(tǒng)的運動信息，這些技術(shù)中存在的不足為需要使用高精度陀螺儀，同時需要采用復雜的供電電源體制，后續(xù)還需要再平衡回路，因此技術(shù)方案復雜；另外由于高精度陀螺儀的成本高，造成價格也很高，不利于實現(xiàn)低成本化。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種三軸姿態(tài)傳感器，可有效地實現(xiàn)載體姿態(tài)角及角運動信息的測量。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種三軸姿態(tài)傳感器，包括敏感元件、信號處理板和電源板，其特征在于所述敏感元件為微機械陀螺儀和加速度計。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達到的有益效果為本發(fā)明采用微機械陀螺儀和加速度計來測量載體的姿態(tài)角及角運動信息，利用了低精度微機械陀螺儀加速度效應的誤差補償技術(shù)，使本技術(shù)方案需要提供的電源僅為+5V，不需要后續(xù)再平衡回路，大大簡化了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，另外，由于微機械陀螺儀價格是高精度機械陀螺儀、光陀螺儀的五分之一，因此實現(xiàn)了產(chǎn)品的低成本化。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明中敏感元件組合結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明的組成方框圖；圖4是加速度計測量姿態(tài)角的工作原理圖。圖中1-微機械陀螺儀，2-加速度計，3-減振器，4-連接器，5-支架，6-電源板， 7-信號處理板。
具體實施例方式以下通過實施例形式，對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步詳細說明，但不應就此理解為本發(fā)明所述主題的范圍僅限于以下的實施例，在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，凡根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種修改、替換和變更，均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明所述的三軸姿態(tài)傳感器包括敏感元件、信號處理板和電源板，其特征在于所述敏感元件為微機械陀螺儀和加速度計。三軸姿態(tài)傳感器的殼體內(nèi)一側(cè)安裝有電源板6和信號處理板7，殼體的底板上設置有支架5，微機械陀螺1與加速度計2敏感元件固定在支架5上，同時支架5上也連接有微機械陀螺1與加速度計2的輸出連接器4，以便于產(chǎn)品維護。圖3和圖4分別是本發(fā)明的組成方框圖和加速度計測量姿態(tài)角的工作原理圖，本發(fā)明利用加速度計測量載體姿態(tài)角的原理是利用加速度計測量地球重力加速度在載體測量軸上的分量，經(jīng)過解算獲得載體的姿態(tài)角，當加速度計的敏感軸處于水平面時，地球重力加速度在加速度計的敏感軸上的分量為零，當加速度計的敏感軸與水平面之間存在一個角度時，加速度計便有輸出，輸出的大小與敏感軸與水平面之間角度呈一個正弦曲線關(guān)系，當加速度計的敏感軸鉛垂于水平面時，加速度計便敏感的是一個地球重力加速度g。圖2中加速度計的敏感量gl = g-sin θ，則通過求反三角θ = arcsin(gl/g)就可得到加速度計的敏感軸與水平面之間的角度的值。一般而言，測量載體在運動狀態(tài)時的角速率信息只需要陀螺儀即可，測量載體在運動狀態(tài)時的仿真信息只需要加速度計即可，但是由于在實際工作時，產(chǎn)品的安裝位置，并不在載體運動的回轉(zhuǎn)中心上，而是與載體運動的回轉(zhuǎn)中心有一定的距離r，這樣造成的結(jié)果是產(chǎn)品在運動的載體上的運動軌跡是以繞載體運動的回轉(zhuǎn)中心為圓心、半徑為r的一段圓弧ABC上往復運動。在此情況下，在運動時產(chǎn)品會受到離心力作用，從而產(chǎn)生離心加速度，這個離心加速度會和重力加速度耦合在一起，造成加速度計的測量值中包含了離心加速度，直接計算就存在誤差，這個測量誤差隨著離心加速度的變化而變化，離心加速度a的大小與離心半徑r和角速率ω有關(guān)，即a = Γω2。根據(jù)系統(tǒng)的工作環(huán)境，經(jīng)過仿真計算產(chǎn)品安裝在載體的不同位置所產(chǎn)生的測量誤差。在載體搖擺幅度和周期一定的情況下，離心半徑r越大，則由其引起的測試誤差就越大，為此必須對其進行補償，才能達到技術(shù)指標的要求，其補償方法是采用陀螺儀測出產(chǎn)品繞載體回轉(zhuǎn)中心的角速率信息，經(jīng)過解算得到離心加速度的值，最后用此信息對加速度計的輸出數(shù)據(jù)進行補償，從而得到真實的載體相對地理坐標系的姿態(tài)角信息。
權(quán)利要求
1. 一種三軸姿態(tài)傳感器，包括敏感元件、信號處理板和電源板，其特征在于所述敏感元件為微機械陀螺儀(1)和加速度計(2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三軸姿態(tài)傳感器，包括敏感元件、信號處理板和電源板，其特征在于所述敏感元件為微機械陀螺儀和加速度計。本發(fā)明采用微機械陀螺儀和加速度計來測量載體的姿態(tài)角及角運動信息，利用了低精度微機械陀螺儀加速度效應的誤差補償技術(shù)，使本技術(shù)方案需要提供的電源僅為+5V，不需要后續(xù)再平衡回路，大大簡化了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，另外，由于微機械陀螺儀價格是高精度機械陀螺儀、光陀螺儀的五分之一，因此實現(xiàn)了產(chǎn)品的低成本化。
文檔編號G01C21/10GK102455183SQ201010524099
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者代洪兵, 張道勇, 楊通蘭, 殷芹, 鄧小群 申請人:貴州航天控制技術(shù)有限公司