CN2828821Y - 微机械式三轴角速率传感器 - Google Patents

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CN2828821Y CNU2005200795058U CN200520079505U CN2828821Y CN 2828821 Y CN2828821 Y CN 2828821Y CN U2005200795058 U CNU2005200795058 U CN U2005200795058U CN 200520079505 U CN200520079505 U CN 200520079505U CN 2828821 Y CN2828821 Y CN 2828821Y
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王革命
张养鱼
曲国福
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XI'AN CHINASTAR M&C Ltd
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本实用新型涉及一种可对旋转物体三个轴向角速率进行测量的传感器，包括X、Y、Z三个空间轴角速率传感器，每个传感器均由ST自检测接口电路、敏感元件电路、电荷泵升压电路、解调滤波电路和输出放大电路组成，自检测接口和电荷泵电路的输出端分别接至敏感元件电路的输入端，敏感元件电路的输出端通过解调滤波电路接至输出放大电路。角速率传感器根据谐振器陀螺原理工作，以MEMS技术芯片构成的敏感元件接收物体有角速率时产生的科里奥运动并产生电信号，该电信号经解调滤波电路和输出放大电路后，进而输出正比于角速率的模拟信号至相应的微处理器。产品具有结构合理、操作方便、体积小、造价低等优点，可广泛用于惯性测量、飞行器稳定控制、捷联惯导等领域。

Description

微机械式三轴角速率传感器
所属技术领域
本实用新型内容属于惯性测量器件技术领域，涉及一种可以对旋转物体三个轴向角速率进行测量的角速率传感器，其产品可广泛用于惯性测量系统、稳定平台、导弹制导和控制、航空飞行器稳定控制、捷联惯导、汽车电子技术、天线整定、数码摄影回转仪以及机器人控制等行业领域。
背景技术
目前在上述各行业领域中普遍使用的角速率传感器绝大部分都是机械式的，如液浮或半液浮、挠性有旋转马达的角速率传感器等，这些老式角速率传感器在实际应用中存在的突出缺点是体积大、价格昂贵、易损坏、耐冲击加速度低、寿命短、测量范围小(最大仅500°/s)、频响低(最多为100HZ)以及多不具备自检测(Self-Test)功能等。在以上各项缺点中：体积大，限制了产品的安装和应用；价格昂贵(多数在2万元以上)，使一般用户难以承受；易损坏是由于老式角速率传感器都有高速旋转的马达和高精密的框架，这些转动部分容易损坏；耐冲击加速度低的原因在于旋转马达属不易受冲击的精密器件，而内在的敏感元件(pick-off)受到较大冲击后，会移位，影响精度；寿命短主要因可动部分的磨损所致；而自检测(Self-Test)功能的缺失则意味着在使用机械式角速率传感器的控制系统中将无法实现机内检测BIT(Built-in-Test)功能。即使是当今较先进的光纤或激光角速率传感器也由于其价格昂贵及体积大等原因而很难得到广泛的应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提供一种结构性能实用合理、操作方便、体积小、重量轻、造价低、应用范围广的微机械式三轴角速率传感器。
为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的微机械式三轴角速率传感器包括三个分别用于测量X、Y、Z空间轴角速率的传感器以及三个通过各自A/D转换器分别与三个空间轴角速率传感器输出端连接的微处理器，三个微处理器的输出端接在一个RS232/RS422/RS485接口电路的输入端上，其特征在于每个空间轴角速率传感器均由采用MEMS技术芯片(微机械-电子技术芯片)的ST自检测接口电路、敏感元件电路、电荷泵升压电路、解调滤波电路和输出放大电路组成，ST自检测接口电路和电荷泵升压电路的输出端分别接至敏感元件电路的输入端，敏感元件电路的输出端通过解调滤波电路与输出放大电路的输入端联接。实际应用中，这种角速率传感器根据谐振器陀螺原理工作，以MEMS技术芯片构成的敏感元件接收物体有角速率时产生的科里奥运动并产生电信号，该电信号被输出送到解调滤波电路和输出放大电路，进而输出正比于角速率的模拟信号，再经过各个A/D转换器转换以后送相应的微处理器。
本实用新型所述的三轴角速率传感器属于无旋转马达的固态角速率传感器，它的内部电路工作构件采用微机械-电子系统(MEMS)技术的芯片，其制造采用双极型金属氧化物半导体(BIMOS)技术的生产工艺和球形网格排列的载流焊工艺技术，产品具有高可靠性和高封装坚固性，并具备自检测功能，能够实现机内检测(BIT)。
附图说明
图1为本实用新型的设计原理框图。
图2为单轴角速率传感器的设计原理框图。
图3为一个单轴角速率传感器实施例的电路原理图。
图4为本发明所用的微处理器的电路图。
具体实施方式
参见附图1和附图2，本实用新型所述的微机械式三轴角速率传感器中包括三个分别用于测量X、Y、Z空间轴角速率的传感器1、2、3，每个空间轴角速率传感器1、2、3的输出端各通过各自A/D转换器4、5、6分别与一个微处理器7、8、9的输入端连接，三个微处理器7、8、9的输出端则并接在一个RS232或RS422或RS485接口电路10的输入端上。本实用新型中的每个空间轴角速率传感器均由采用MEMS技术芯片的ST自检测接口电路11、敏感元件电路12、电荷泵升压电路13、解调滤波电路14和输出放大电路15组成，ST自检测接口电路11和电荷泵升压电路13的输出端分别接至敏感元件电路12的输入端，敏感元件电路12的输出端通过解调滤波电路14与输出放大电路15的输入端联接。在附图3所示的实际电路中，敏感元件电路12由型号为PO-XRS的敏感元件芯片和型号为LTC2053的集成芯片构成，PO-XRS的输入端接角速率输入信号，解调滤波电路14由型号为LB8207的芯片构成，输出放大电路15由型号为LTC2053的集成芯片构成，电荷泵升压电路13则由两只LTC2053集成芯片和一只型号为REG711-5的集成芯片构成。图2中标号16为参考电压电路。
本实用新型结构中所用的微处理器电路如图4所示，它由两只型号分别Aduc834C和SN65HVD3082的集成芯片构成。微处理器采集传感器发出的角速率输出信号，并将其转换为数字信号，然后进行滤波除噪、温度漂移校正、非线性校正、零点偏移校正和灵敏度校正，最后通过RS232、RS422或RS485接口电路10输出角速率信号。
本实用新型所述三轴角速率传感器主要可用于以下技术领域：
导弹制导、飞行器稳定和控制技术领域：在导弹控制系统以及包括运输机、歼击机、多种用途的无人机和火箭飞船等再内的各种飞行器的自动控制中，测量飞行器三轴角速率的传感器是实现增稳自动飞行控制和自动驾驶功能的主要敏感元件，它可以提高导弹的命中率，改善飞行器的机动性和操纵性，使飞行器获得良好的操纵与稳定品质；
工业测控技术领域：凡是有角速率的设备或目标，为了进行稳定和精确的控制都需要测定角速率，并作为主控信号引入控制系统，用于快速稳定控制系统，从而对控制对象进行准确有效地控制；
捷联惯导技术领域：该产品作为捷联惯导系统必不可少的配套部件，用于捷联惯导系统进行位置和航姿解算，可取代现有捷联惯导系统使用的机械式挠性角速率传感器产品；
汽车自动驾驶技术领域：使用该产品用于测量多种汽车车体转弯、上下俯仰、左右颠簸的三轴角速率，引入汽车稳定控制和自动驾驶系统，从而有效地控制和稳定汽车的驾驶，特别是对高性能的汽车已经逐渐成为不可缺少的配套部件；
机器人技术领域：使用该产品用于测量机器人各关节部位及转动部分的角速率，作为反馈信号进入机器人的自动控制系统，使机器人准确、灵活、稳定地动作。

Claims (1)

1、一种微机械式三轴角速率传感器，包括三个分别用于测量X、Y、Z空间轴角速率的传感器(1、2、3)以及三个通过各自A/D转换器(4、5、6)分别与三个空间轴角速率传感器(1、2、3)输出端连接的微处理器(7、8、9)，三个微处理器(7、8、9)的输出端接在一个RS232/RS422/RS485接口电路(10)的输入端上，其特征在于每个空间轴角速率传感器均由采用MEMS技术芯片的ST自检测接口电路(11)、敏感元件电路(12)、电荷泵升压电路(13)、解调滤波电路(14)和输出放大电路(15)组成，ST自检测接口电路(11)和电荷泵升压电路(13)的输出端分别接至敏感元件电路(12)的输入端，敏感元件电路(12)的输出端通过解调滤波电路(14)与输出放大电路(15)的输入端联接。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100462723C (zh) * 2005-10-12 2009-02-18 西安中星测控有限公司 微机械式三轴角速率传感器
CN101021418B (zh) * 2006-12-30 2011-02-02 西安中星测控有限公司 角速率及角度陀螺
CN105716520A (zh) * 2016-04-12 2016-06-29 中国人民解放军武汉军械士官学校 一种轴角传感器的轴角测控系统及方法

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