基于MEMS加速度传感器的双轴倾角计及其应用

倾角测量原理

ADXL202用于倾角测量是最典型的应用之一,它以重力作为输入矢量来决定物体在空间的方向。当重力与其敏感轴垂直时,它对倾斜最敏感,在该方位上其对倾角的灵敏度最高。当敏感轴与重力平行时,每倾斜1 °所引起输出加速度的变化被忽略。当加速度计敏感轴与重力垂直时,每倾斜1 °所引起输出加速度的变化约为17. 5mgn ,但在45°时,每倾斜1 °所引起输出加速度的变化仅为12. 5mgn ,而且,分辨力降低。表1为X, Y轴在铅垂面内倾斜±90 °时,X, Y 轴的输出。

当该加速度计的X, Y轴都与重力方向垂直时,可作为具有滚转角和俯仰角的双轴倾角传感器。一旦加速度计的输出信号被转化为一个加速度, 该加速度将位于- 1 gn 和+ 1 gn 之间。则倾斜角以度表示可按下式计算

θ= arcsin (AX / gn )

γ= arcsin (AY / gn ) ,

式中　θ,γ分别为俯仰角和滚转角, ( °) ; AX , AY 分别为加速度传感器X轴和Y轴输出, gn。

　倾角测量电路

测量电路方框图如图2所示, ADXL202输出的电压首先经低通滤波器虑波,再经电压跟随器进行阻抗匹配。当X, Y轴均处于水平位置时,两路输出电压经分压器分压后为1. 2V,当X, Y轴分别从- 90°转到+ 90°时,经过放大后的电压从0V变到+ 2. 4V,以适应单片机C8051F002的A /D转换器的需要,然后,用单片机进行线性化处理和温度补偿,分别以模拟量从D /A转换器DAC0,DAC1输出,并以θA 表示俯仰角的模拟量输出,γB 表示滚转角的模拟量输出;同时,俯仰角和滚转角转换为数字量从串行口RS232以数字量度输出,分别为θD 和γD。