本發(fā)明涉及慣性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種慣性測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

近年來隨著MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)，Micro-Electro Mechanical Systems)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的MEMS IMU(慣性測(cè)量單元)具有低成本、尺寸小、重量輕、功耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于人們生活中的方方面面，如游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、導(dǎo)航等，但是隨著用戶的應(yīng)用需求越來越廣泛，單一的慣性測(cè)量單元越發(fā)難以滿足用戶的應(yīng)用需求。

相關(guān)技術(shù)中，市場(chǎng)上應(yīng)用的慣性測(cè)量單元主要分為兩大類：模擬型慣性測(cè)量單元和數(shù)字型慣性測(cè)量單元。其中，模擬型慣性測(cè)量單元具有測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量范圍卻較小，而數(shù)字型慣性測(cè)量單元的測(cè)量范圍大，但測(cè)量精度低于模擬型慣性測(cè)量單元。然而，隨著用戶的應(yīng)用需求越來越廣泛，單一的慣性測(cè)量單元越發(fā)難以滿足用戶的應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種慣性測(cè)量裝置，該裝置具備精度高、量程大的有點(diǎn)，提高了裝置的適用性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種慣性測(cè)量裝置，包括：第一慣性測(cè)量單元，用于采集待測(cè)樣的模擬信號(hào)；第二慣性測(cè)量單元，用于采集所述待測(cè)樣的第一數(shù)字信號(hào)；微處理器，所述微處理器分別與所述第一慣性測(cè)量單元和所述第二慣性測(cè)量單元相連，所述微處理器用于對(duì)所述模擬信號(hào)和所述第一數(shù)字信號(hào)進(jìn)行融合和處理，以得到測(cè)量數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例的慣性測(cè)量裝置，通過采集的待測(cè)樣的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)得到測(cè)量數(shù)據(jù)，兼具模擬式測(cè)量精度高、數(shù)字式測(cè)量量程大的優(yōu)點(diǎn)，提高測(cè)量精度，并且提高測(cè)量量程，進(jìn)而提高裝置的適用性，具有很強(qiáng)的多平臺(tái)適用性。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的慣性測(cè)量裝置還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述裝置還包括：顯示模塊，用于顯示所述測(cè)量數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述裝置還包括：A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)條件將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號(hào)，以使所述微處理器根據(jù)所述第二數(shù)字信號(hào)和所述第一數(shù)字信號(hào)得到所述測(cè)量數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)讀取完所述第二數(shù)字信號(hào)的同時(shí)，所述微處理器讀取所述第一數(shù)字信號(hào)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過以下公式得到所述測(cè)量數(shù)據(jù)：

R＝A×W_A+D×W_D，

其中，R為所述測(cè)量數(shù)據(jù)，A為所述第二數(shù)字信號(hào)，W_A為所述第一慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)，D為所述第二數(shù)字信號(hào)，W_D為所述第二慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過以下公式得到所述第一慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)和所述第二慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)：

其中，S_A為所述第一慣性測(cè)量單元的量程，S_D為所述第二慣性測(cè)量單元的量程。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一慣性測(cè)量單元的量程和所述第二慣性測(cè)量單元的量程之和為1。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述第一數(shù)字信號(hào)超出所述第一慣性測(cè)量單元的量程，所述第一慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)為0，所述第二慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)為1，并且當(dāng)所述模擬信號(hào)小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，所述第一慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)為1，所述第二慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)為0。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述測(cè)量數(shù)據(jù)小于或等于所述預(yù)設(shè)閾值時(shí)，所述第一數(shù)字信號(hào)判定不準(zhǔn)確。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一慣性測(cè)量單元為模擬式慣性測(cè)量單元，所述第二慣性測(cè)量單元為數(shù)字式慣性測(cè)量單元。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的慣性測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的慣性測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的慣性測(cè)量裝置。

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的慣性測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，該慣性測(cè)量裝置10包括：第一慣性測(cè)量單元100、第二慣性測(cè)量單元200和微處理器300。

其中，第一慣性測(cè)量單元100用于采集待測(cè)樣的模擬信號(hào)。第二慣性測(cè)量單元200用于采集待測(cè)樣的第一數(shù)字信號(hào)。微處理器300分別與第一慣性測(cè)量單元100和第二慣性測(cè)量單元200相連，微處理器300用于對(duì)模擬信號(hào)和第一數(shù)字信號(hào)進(jìn)行融合和處理，以得到測(cè)量數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例的裝置10可以根據(jù)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)得到測(cè)量數(shù)據(jù)，不但提高測(cè)量精度，并且提高測(cè)量量程，進(jìn)而提高裝置的適用性。

可選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，第一慣性測(cè)量單元100為模擬式慣性測(cè)量單元，第二慣性測(cè)量單元200為數(shù)字式慣性測(cè)量單元，但不局限于模擬式慣性測(cè)量單元和數(shù)字式慣性測(cè)量單元。

可以理解的是，如圖2所示，模擬式慣性測(cè)量單元將采集到的信息傳輸?shù)轿⑻幚砥?00中，而數(shù)字式慣性測(cè)量單元將采集到的數(shù)字信息直接傳輸?shù)轿⑻幚砥?00中，從而分別來自不同慣性測(cè)量單元的信息經(jīng)過微處理器300同步后進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和處理，進(jìn)而得到測(cè)量數(shù)據(jù)。

可選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，微處理器300可以為但不局限于STM32系列處理器。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的裝置10還包括：顯示模塊400。其中，顯示模塊400用于顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。

也就是說，微處理器300可以將處理得到的測(cè)量數(shù)據(jù)輸出到顯示模塊400上，以顯示慣性測(cè)量結(jié)果。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的裝置10還包括：A/D轉(zhuǎn)換模塊500。其中，A/D轉(zhuǎn)換模塊500用于根據(jù)預(yù)設(shè)條件將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號(hào)，以使微處理器300根據(jù)第二數(shù)字信號(hào)和第一數(shù)字信號(hào)得到測(cè)量數(shù)據(jù)。

可以理解的是，模擬式慣性測(cè)量單元輸出信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，既可以在A/D轉(zhuǎn)換模塊500進(jìn)行，也可以在微處理器300內(nèi)進(jìn)行，下面以A/D轉(zhuǎn)換模塊500轉(zhuǎn)換為例進(jìn)行說明，即模擬式慣性測(cè)量單元將采集到的信息通過A/D轉(zhuǎn)換模塊500轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳輸?shù)轿⑻幚砥?00中。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)讀取完第二數(shù)字信號(hào)的同時(shí)，微處理器300讀取第一數(shù)字信號(hào)。

可以理解的是，微處理器300同步模擬式和數(shù)字式兩路慣性測(cè)量數(shù)據(jù)的方法為：通過A/D轉(zhuǎn)換模塊500定時(shí)對(duì)模擬式慣性測(cè)量單元的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，微處理器讀取A/D轉(zhuǎn)換模塊500輸出，之后立即讀取數(shù)字式慣性測(cè)量單元的輸出數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過以下公式得到測(cè)量數(shù)據(jù)：

R＝A×W_A+D×W_D，

其中，R為測(cè)量數(shù)據(jù)，A為第二數(shù)字信號(hào)，W_A為第一慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)，D為第二數(shù)字信號(hào)，W_D為第二慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)。

可以理解的是，微處理器處理兩路數(shù)據(jù)的原則為，兩路數(shù)據(jù)分別乘以各自的權(quán)重系數(shù)后相加，即得到融合后的測(cè)量結(jié)果，即R＝A×W_A+D×W_D。其中R為融合后的測(cè)量結(jié)果，A為模擬式慣性測(cè)量單元輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，W_A為模擬式慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)，D為數(shù)字式慣性測(cè)量單元輸出的測(cè)量數(shù)據(jù)，W_D為數(shù)字式慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過以下公式得到第一慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)和第二慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)：

其中，S_A為第一慣性測(cè)量單元的量程，S_D為第二慣性測(cè)量單元的量程。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一慣性測(cè)量單元的量程和第二慣性測(cè)量單元的量程之和為1。

具體地，權(quán)重系數(shù)的計(jì)算方式為，兩種慣性測(cè)量單元各自的慣性測(cè)量值除以各自的量程所得到的值的絕對(duì)值，各自得到的絕對(duì)值除以兩個(gè)絕對(duì)值的和，即可得到各自的權(quán)重系數(shù)，兩個(gè)權(quán)重系數(shù)相加和為1。即：

W_A+W_D＝1，

其中，S_A為模擬式慣性測(cè)量單元的量程，S_D為數(shù)字式慣性測(cè)量單元的量程。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝粩?shù)字信號(hào)超出第一慣性測(cè)量單元的量程，第一慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)為0，第二慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)為1，并且當(dāng)模擬信號(hào)小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，第一慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)為1，第二慣性測(cè)量單元的權(quán)重系數(shù)為0。

可以理解的是，如果數(shù)字式慣性測(cè)量單元采集到的慣性測(cè)量結(jié)果超出模擬式慣性測(cè)量單元的量程S_A，則W_A＝0、W_D＝1。當(dāng)模擬式慣性測(cè)量單元采集到的慣性測(cè)量小于閾值M時(shí)，則W_A＝1、W_D＝0。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)小于或等于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，第一數(shù)字信號(hào)判定不準(zhǔn)確。

即言，閾值M的設(shè)定原則為：當(dāng)測(cè)量結(jié)果≤M時(shí)認(rèn)為數(shù)字式慣性測(cè)量單元的測(cè)量結(jié)果不可信。

舉例而言，如圖2所示，第一慣性測(cè)量單元100如模擬式慣性測(cè)量單元將采集到的信息通過A/D轉(zhuǎn)化模塊500轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳輸?shù)轿⑻幚砥?00中，第二慣性測(cè)量單元200如數(shù)字式慣性測(cè)量單元將采集到的數(shù)字信息直接傳輸?shù)轿⑻幚砥?00中，從而分別來自不同慣性測(cè)量單元的信息經(jīng)過微處理器300同步后，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和處理，并且微處理器300將處理后的測(cè)量數(shù)據(jù)輸出到顯示模塊400上，以顯示慣性測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明實(shí)施例的裝置10將模擬式和數(shù)字式慣性測(cè)量單元的測(cè)量特性相結(jié)合，兼具模擬式測(cè)量精度高、數(shù)字式測(cè)量量程大的優(yōu)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的多平臺(tái)適用性。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，模擬式慣性測(cè)量單元包括ADXL203加速度芯片、ADXL646陀螺儀芯片，分別采集加速度和角速度，將芯片輸出的模擬信號(hào)通過AD芯片AD7689轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥?00中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。其中，模擬式慣性測(cè)量單元的加速度工作量程為0-±1.8g，角速度工作量程為0-±450°。

數(shù)字式慣性測(cè)量單元包括MPU9250運(yùn)動(dòng)芯片，采集加速度和角速度，將采集到的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥?00中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。其中，數(shù)字式慣性測(cè)量單元的加速度工作量程為0-±16g，角速度工作量程為0-±1800°。

微處理器300為STM32F7系列芯片，通過程序算法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)絃CD1602顯示模塊400上。例如當(dāng)兩種慣性測(cè)量單元測(cè)量到的加速度值(1g)小于模擬式慣性測(cè)量單元的加速度量程(1.8g)，大于閾值M時(shí)(0.2g)。模擬式慣性測(cè)量單元的加速度權(quán)重系數(shù)為：

數(shù)字式慣性測(cè)量單元的加速度權(quán)重系數(shù)為：

則融合后的數(shù)據(jù)結(jié)果為R＝A×W_A+D×W_D＝1×0.1011+1×0.8989＝1。

當(dāng)數(shù)字式慣性測(cè)量單元的加速度測(cè)量值大于模擬式慣性測(cè)量單元的加速度量程(1.8g)時(shí)，如D＝6g。模擬式慣性測(cè)量單元的加速度權(quán)重系數(shù)為W_A＝0，數(shù)字型慣性測(cè)量單元的加速度權(quán)重系數(shù)為W_D＝1，則融合后的數(shù)據(jù)結(jié)果為R＝A×W_A+D×W_D＝1×6＝6。

當(dāng)兩種慣性測(cè)量單元的加速度測(cè)量值小于閾值M時(shí)(0.2g)，如A＝D＝0.1g。則模擬式慣性測(cè)量單元的加速度權(quán)重系數(shù)為W_A＝1，數(shù)字式慣性測(cè)量單元的加速度權(quán)重系數(shù)為W_D＝0。則融合后的數(shù)據(jù)結(jié)果為R＝A×W_A+D×W_D＝1×0.1＝0.1。

需要說明的是，如模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可能集成在STM32等類型的微處理器內(nèi)，加速度傳感器可以存在多個(gè)，在此不作具體限制。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的慣性測(cè)量裝置，通過采集的待測(cè)樣的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)得到測(cè)量數(shù)據(jù)，兼具模擬式測(cè)量精度高、數(shù)字式測(cè)量量程大的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)將模擬式和數(shù)字式慣性測(cè)量單元的測(cè)量特性相結(jié)合的目的，提高測(cè)量精度，并且提高測(cè)量量程，進(jìn)而提高裝置的適用性，同時(shí)滿足高精度和大量程的慣性測(cè)量裝置的需求，具有很強(qiáng)的多平臺(tái)適用性。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。