本申請涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種傾角傳感器及其標定系統(tǒng)，廣泛應用于路面建筑、橋梁建筑、起重機械等工程機械行業(yè)和醫(yī)療設備應用的角度傳感器行業(yè)。

背景技術：

傾角傳感器經常用于系統(tǒng)的水平測量，從工作原理上可分為"固體擺"式、"液體擺"式、"氣體擺"三種傾角傳感器，傾角傳感器還可以用來測量相對于水平面的傾角變化量。

現(xiàn)有的傾角傳感器，角度標定，需每次采樣，人為觸發(fā)。電路內部沒有回路保護，沒有抗雷擊浪涌沖擊功能，其具體存在以下缺陷：

1)沒有短路保護、電源逆接保護；沒有抵抗瞬間雷擊浪涌沖擊，室外作業(yè)存在隱患。

2)角度標定人為觸發(fā)，精度誤差較大，操作不便，效率比較低。

3)沒有溫度漂移誤差補償。

技術實現(xiàn)要素：

本申請的一個目的是提供一種有回路保護和抗雷擊浪涌沖擊，解決產品在短路和逆接時產生破壞，防止室外作業(yè)雷擊干擾導致產品整體功能失效的傾角傳感器，解決溫度漂移檢測誤差問題，提高傳感器精度，具有一定的可靠性和實用性。

根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種傾角傳感器，該傳感器包括：

殼體、電路板、單片機、加速度計、線束、連接頭接插件、底板以及電源組件，所述電路板固定在殼體內，所述單片機和加速度計安裝在電路板上，所述電路板通過線束與連接頭接插件連接，所述底板與殼體固定連接。

進一步地，上述傾角傳感器中，還包括：密封墊，所述密封墊安裝于殼體與底板之間。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述加速度計包含有微機電MEMS傳感器芯片。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述加速度計A/D值與角度呈非線性變化的曲線。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述單片機采用分段線性插值算法將非線性變化的曲線擬合成近似線性變化的曲線。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述分段線性插值算法如下：

Angle(°)＝(Angle_H*256+Angle_L)/100，

其中，Angle_H為加速度計輸出的高位角度；Angle_L為加速度計輸出的低位角度。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述殼體外包覆有一層鋅鋁合金，殼體內填充有硅膠樹脂。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述電源組件增加設有瞬變電壓抑制功能TVS二極管。

根據(jù)本申請的另一個方面，提供了一種傾角傳感器標定系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

傾角傳感器、固定傾角傳感器的轉臺、電機、變頻器或上位機，所述電機旋轉帶動固定傾角傳感器的轉臺轉動，所述變頻器控制電機旋轉，所述電機通過通信端口與上位機連接。

進一步地，上述傾角傳感器標定系統(tǒng)中，所述電機是伺服電機。

進一步地，上述傾角傳感器標定系統(tǒng)中，所述上位機通過設定步長，使得傾角傳感器連續(xù)轉動相應的角度，實現(xiàn)傾角傳感器的標定。

與現(xiàn)有技術相比，本申請傾角傳感器包括：殼體、電路板、單片機、加速度計、線束、連接頭接插件以及底板，所述單片機和加速度計安裝在電路板上。本申請利用加速度計集成在一個電路板上，直接可輸出傾斜角度數(shù)據(jù)，經過后置單片機函數(shù)算法和溫漂補償，得出更精確的傾角數(shù)據(jù)。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1示出根據(jù)本申請一個方面的傾角傳感器的剖面示意圖；

圖2示出根據(jù)本申請一個方面的傾角傳感器的結構裝配爆炸圖；

圖3示出根據(jù)本申請一個方面的分段線性插值擬合曲線示意圖；

附圖標記：

1殼體，2電路板，3單片機，4加速度計，5線束，6連接頭接插件，7底板，8密封墊；

附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。

具體實施方式

為了使本申請的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本申請作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本申請保護的范圍。

下面結合附圖對本申請作進一步詳細描述。

如圖1和圖2所示，根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種傾角傳感器，該傳感器包括：

殼體1、電路板2、單片機3、加速度計4、線束5、連接頭接插件6、底板7、密封墊8以及電源組件，所述電路板2固定在殼體1內，所述單片機3和加速度計4安裝在電路板2上，所述電路板2通過線束5與連接頭接插件6連接，所述底板7與殼體1固定連接，所述密封墊8安裝于殼體與底板之間。

本申請實施例單片機3貼裝在電路板2上，電路板2固定在殼體1內，電路板2通過線束5與連接頭接插件6連接，底板7與殼體1通過螺絲連接緊固，密封墊8夾在殼體1與底板7之間，起密封防護作用。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述殼體1外包覆有一層鋅鋁合金，殼體內填充有硅膠樹脂。

本申請實施例殼體1采用鋅鋁合金封裝，具有抗沖擊、抗振動，以及室外抗雷擊浪涌沖擊電氣性能。殼體1內部填充硅膠樹脂，也可用于防護，抗震。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述加速度計4包含有微機電MEMS傳感器芯片。

本申請實施例利用包含微機電MEMS傳感器芯片的加速度計，整合模擬和數(shù)字轉換電路以及通訊單元集成在一個電路板上，直接可輸出傾斜角度數(shù)據(jù)。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述加速度計4A/D值與角度呈非線性變化的曲線。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述單片機3采用分段線性插值算法將非線性變化的曲線擬合成近似線性變化的曲線。

如圖3所示，角度隨著A/D值變大而逐漸升高，呈非線性變化。本申請采用8位單片機做處理器，所以要把非線性變化的曲線通過分段線性插值的方法擬合成近似線性變化的曲線。這樣就可以使單片機通過直線方程處理數(shù)據(jù)，提高工作效率。本申請實施例用分段線性插值的方法來實現(xiàn)傾角傳感器的標定，精度高，操作容易。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述分段線性插值算法如下：

Angle(°)＝(Angle_H*256+Angle_L)/100，

其中，Angle_H為加速度計輸出的高位角度；Angle_L為加速度計輸出的低位角度。

進一步地，上述傾角傳感器中，所述電源組件增加設有瞬變電壓抑制功能TVS二極管。

本申請所述傾角傳感器，通過增加可抗4KV瞬變電壓抑制二極管TVS，可通過IEC6100-4-5浪涌沖擊干擾4KV的測試，內部電路不受損傷，功能正常。

根據(jù)本申請的另一個方面，提供了一種傾角傳感器標定系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

傾角傳感器、固定傾角傳感器的轉臺、電機、變頻器或上位機，所述電機旋轉帶動固定傾角傳感器的轉臺轉動，所述變頻器控制電機旋轉，所述電機通過通信端口與上位機連接。

進一步地，上述傾角傳感器標定系統(tǒng)中，所述電機是伺服電機。

本申請實施例采用的是一種低壓無刷伺服電機，該電機具有高可靠性、360°磁性絕對位置傳感器，14位分辨率。因此，其精度完全可以滿足要求。通過該電機的旋轉帶動固定傾角傳感器的轉臺轉動，由于轉臺的控制接入可以通過RS-232接口。因此，選用Delphi8.0伺服驅動系統(tǒng)來控制伺服電機的自動轉動，從而實現(xiàn)傾角傳感器及其轉臺的自動轉動。本申請角度標定測試用的工裝轉臺，通過伺服電機來控制旋轉的位置和角度，從而減少手工標定誤差。

相比現(xiàn)有角度標定人為觸發(fā)，精度誤差較大，操作不便，本發(fā)明采用伺服電機自動控制角度標定和單片機函數(shù)關系算法，生產效率得到提高，精度由±0.3°提高到±0.1°。

進一步地，上述傾角傳感器標定系統(tǒng)中，所述上位機通過設定步長，使得傾角傳感器連續(xù)轉動相應的角度，實現(xiàn)傾角傳感器的標定。

本申請實施例將需要標定的傾角傳感器放置在轉臺上，只要通過在上位機設置合適步長使得傾角傳感器連續(xù)轉動相應的角度，就可以實現(xiàn)傾角傳感器的標定。由于電機和轉臺的通信端口都是串口。因此，硬件電路用串口擴展芯片TL16C554來擴展Mega128的串口使得電機的控制和轉臺的顯示數(shù)據(jù)均能被采集，將采集到的數(shù)據(jù)送到上位機后，按照標定的算法標定。

具體的，在角度標定過程中，不同溫度點(-25℃、0℃、25℃、70℃)對不同角度(0°、90°、180°、270°)進行標定。不同角度量程范圍可設置不同角度步長來進行標定。

本申請實施中，當溫度穩(wěn)定為-25℃時，伺服驅動系統(tǒng)通過高速脈沖端口控制伺服電機順時針轉動到0°、90°、180°、270°，每個角度位置停留5s時間。停頓時間內，系統(tǒng)控制分別記錄傾角傳感器在-25℃下，0°、90°、180°、270°對應的加速度值，從而計算出該溫度下0°、90°、180°、270°處的零加速度輸出值和靈敏度值。同樣的，按照上述方法，計算出25℃溫度下0°、90°、180°、270°處的零加速度輸出值和靈敏度值。本申請利用分段線性插值算法，實現(xiàn)從低溫到高溫，完成傾角傳感器零加速度輸出值和靈敏度值的溫度補償。單點溫度下，溫度補償能在20s內完成，最大限度的減小溫度誤差以及傾角傳感器元件器工作發(fā)熱的影響，同時也提高了標定效率。

如下表格一和表格二顯示部分標定結果。

表格一：常溫+25℃，0°～360°間標定點的測試值

表格二：低溫-25℃，0°～360°間標定點的測試值

實施中，不同溫度，加速度計輸出的A/D值和相應的角度通過分段線性插值的方法擬合成近似線性變化的曲線，并利用軟件算法進行補償溫度漂移帶來的檢測誤差。上述表一和表二的標定結果表明，標定后的最大誤差由原來的±0.5°/℃縮小至±0.02°/℃。

本申請實施例采用伺服電機自動控制角度標定，利用更高精度的測試儀器的測量值作為傳感器的輸入，通過單片機整合數(shù)據(jù)和函數(shù)關系算法，采用分段性插值的方法實現(xiàn)傾角傳感器的標定。本申請具有抗雷擊浪涌沖擊優(yōu)點，防止室外作業(yè)雷擊干擾導致產品整體功能失效。本申請解決溫度漂移檢測誤差問題，使傳感器精度保持控制在±0.1°范圍內，可靠實用。

顯然，本領域的技術人員可以對本申請進行各種改動和變型而不脫離本申請的精神和范圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型屬于本申請權利要求及其等同技術的范圍之內，則本申請也意圖包含這些改動和變型在內。

對于本領域技術人員而言，顯然本申請不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本申請的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本申請。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申請的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化涵括在本申請內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復數(shù)。裝置權利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟件或者硬件來實現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。