Mems慣性器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及慣性器件測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種MEMS慣性器件及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]垂直陀螺是用來(lái)測(cè)量運(yùn)載體姿態(tài)的儀器，輸出運(yùn)載體姿態(tài)信號(hào)，即俯仰角(Θ)信號(hào)和傾斜角(γ)信號(hào)，應(yīng)用于飛行器、艦船、戰(zhàn)車等運(yùn)載體上。目前，國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品一般利用機(jī)電陀螺的穩(wěn)定性測(cè)量θ和γ角，同時(shí)通過(guò)縱橫兩個(gè)液體電門敏感地垂線方向，控制縱向修正電機(jī)和橫向修正電機(jī)使陀螺進(jìn)動(dòng)，從而跟蹤地垂線。通過(guò)角度傳感器輸出運(yùn)載體相對(duì)于當(dāng)?shù)氐卮咕€的姿態(tài)信號(hào)，其缺點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，重量重，電源復(fù)雜，功耗高，姿態(tài)輸出為模擬信號(hào)，使用不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003 ]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種MEMS慣性器件。
[0004]本發(fā)明提供的MEMS慣性器件包括微機(jī)械檢測(cè)裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、濾波裝置、微控制器及數(shù)字信號(hào)處理裝置，所述微機(jī)械檢測(cè)裝置安裝于所述運(yùn)載體，其依次與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、濾波裝置及數(shù)字信號(hào)處理裝置連接，所述微控制器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和濾波裝置的工作狀態(tài)。
[0005]優(yōu)選的，所述微機(jī)械檢測(cè)裝置包括三個(gè)微機(jī)械速率陀螺和三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)，所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺的三個(gè)敏感軸分別指向運(yùn)載體的坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)互相正交的坐標(biāo)軸;所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)的三個(gè)敏感軸分別指向運(yùn)載體的坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)互相正交的坐標(biāo)軸。
[0006]優(yōu)選的，所述坐標(biāo)軸包括互相正交的X軸、Y軸、Z軸;所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺包括第一微機(jī)械速率陀螺、第二微機(jī)械速率陀螺及第三微機(jī)械速率陀螺;所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)包括第一微機(jī)械加速度計(jì)、第二微機(jī)械加速度計(jì)及第三微機(jī)械加速度計(jì);所述第一微機(jī)械速率陀螺與所述第一微機(jī)械加速度計(jì)的敏感軸共同指向X軸，所述第二微機(jī)械速率陀螺與所述第二微機(jī)械加速度計(jì)的敏感軸共同指向Y軸，所述第三微機(jī)械速率陀螺與所述第三微機(jī)械加速度計(jì)的敏感軸共同指向Z軸。
[0007]優(yōu)選的，所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺用于測(cè)量所述運(yùn)載體繞所述三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速率。
[0008]優(yōu)選的，所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)用于測(cè)量所述運(yùn)載體沿所述三個(gè)坐標(biāo)軸向的線加速度。
[0009]優(yōu)選的，所述數(shù)字信號(hào)處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、姿態(tài)矩陣計(jì)算、卡爾曼濾波處理。
[0010]優(yōu)選的，還包括RS422接口，所述微控制器通過(guò)RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)?目息O
[0011 ]本發(fā)明還提供一種MEMS慣性器件的工作方法，包括:
[0012]步驟I，提供微機(jī)械檢測(cè)裝置，將其安裝于運(yùn)載體，用于檢測(cè)所述運(yùn)載體的姿態(tài)，并產(chǎn)生姿態(tài)信息；
[0013]步驟2，提供微控制器和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，所述微控制器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置對(duì)所述姿態(tài)信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0014]步驟3，提供濾波裝置，所述微控制器控制所述濾波裝置對(duì)轉(zhuǎn)換后的姿態(tài)信息進(jìn)行濾波處理；
[0015]步驟4，將解算的姿態(tài)信息輸出給微控制器，所述微控制器通過(guò)RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息。
[0016]優(yōu)選的，所述數(shù)字信號(hào)處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、姿態(tài)矩陣計(jì)算、卡爾曼濾波處理。
[0017]優(yōu)選的，所述微機(jī)械檢測(cè)裝置包括三個(gè)微機(jī)械速率陀螺和三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)，所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺的三個(gè)敏感軸分別指向運(yùn)載體的坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)互相正交的坐標(biāo)軸;所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)的三個(gè)敏感軸分別指向運(yùn)載體的坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)互相正交的坐標(biāo)軸。
[0018]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的MEMS慣性器件及其工作方法通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理裝置和微控制器解算運(yùn)載體姿態(tài)信號(hào)，輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息，與其它機(jī)載、艦載、車載管理和控制系統(tǒng)交聯(lián)速度快并且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝方便、重量輕、電源單一、功耗低。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖1描述本發(fā)明的一種實(shí)施例。
[0021]本實(shí)用新型公開一種MEMS慣性器件，請(qǐng)參閱圖1，所述MEMS慣性器件100包括微機(jī)械檢測(cè)裝置1、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置2、濾波裝置3、微控制器4及數(shù)字信號(hào)處理裝置5，所述微機(jī)械檢測(cè)裝置5安裝于所述運(yùn)載體，其依次與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置2、濾波裝置3及數(shù)字信號(hào)處理裝置5連接，所述微控制器4控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置2和濾波裝置3的工作狀態(tài)。
[0022]在本實(shí)施例中，所述微機(jī)械檢測(cè)裝置I包括三個(gè)微機(jī)械速率陀螺和三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)，所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺的三個(gè)敏感軸分別指向運(yùn)載體的坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)互相正交的坐標(biāo)軸;所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)的三個(gè)敏感軸分別指向運(yùn)載體的坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)互相正交的坐標(biāo)軸。
[0023]優(yōu)選的，所述坐標(biāo)軸包括互相正交的X軸、Y軸、Z軸;所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺包括第一微機(jī)械速率陀螺11、第二微機(jī)械速率陀螺12及第三微機(jī)械速率陀螺13;所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)包括第一微機(jī)械加速度計(jì)14、第二微機(jī)械加速度計(jì)15及第三微機(jī)械加速度計(jì)16;所述第一微機(jī)械速率陀螺11與所述第一微機(jī)械加速度計(jì)14的敏感軸共同指向X軸，所述第二微機(jī)械速率陀螺12與所述第二微機(jī)械加速度計(jì)15的敏感軸共同指向Y軸，所述第三微機(jī)械速率陀螺13與所述第三微機(jī)械加速度計(jì)16的敏感軸共同指向Z軸。
[0024]具體的，所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺用于測(cè)量所述運(yùn)載體繞所述三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速率;所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)用于測(cè)量所述運(yùn)載體沿所述三個(gè)坐標(biāo)軸向的線加速度。
[0025]所述數(shù)字信號(hào)處理裝置5用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、姿態(tài)矩陣計(jì)算、卡爾曼濾波處理。
[0026]其中，姿態(tài)矩陣計(jì)算包括:二階龍格-庫(kù)塔法求解四元數(shù)微分方程、四元數(shù)歸一化處理、四元數(shù)更新、姿態(tài)矩陣更新、姿態(tài)矩陣計(jì)算姿態(tài)角。
[0027]卡爾曼濾波包括:誤差估計(jì)、誤差補(bǔ)償和數(shù)據(jù)融合。
[0028]MEMS慣性器件100還包括RS422接口，所述微控制器4通過(guò)RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息。
[0029]本發(fā)明還提供一種MEMS慣性器件的工作方法，包括:
[0030]步驟I，提供微機(jī)械檢測(cè)裝置，將其安裝于運(yùn)載體，用于檢測(cè)所述運(yùn)載體的姿態(tài)，并產(chǎn)生姿態(tài)信息；
[0031]步驟2，提供微控制器和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，所述微控制器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置對(duì)所述姿態(tài)信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0032]步驟3，提供濾波裝置，所述微控制器控制所述濾波裝置對(duì)轉(zhuǎn)換后的姿態(tài)信息進(jìn)行濾波處理；
[0033 ]步驟4，將解算的姿態(tài)信息輸出給微控制器，所述微控制器通過(guò)RS42 2接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息。
[0034]所述數(shù)字信號(hào)處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、姿態(tài)矩陣計(jì)算、卡爾曼濾波處理。
[0035]所述微機(jī)械檢測(cè)裝置包括三個(gè)微機(jī)械速率陀螺和三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)，所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺的三個(gè)敏感軸分別指向運(yùn)載體的坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)互相正交的坐標(biāo)軸;所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)的三個(gè)敏感軸分別指向運(yùn)載體的坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)互相正交的坐標(biāo)軸。
[0036]綜上所述，本發(fā)明提供的MEMS慣性器件及其工作方法通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理裝置和微控制器解算運(yùn)載體姿態(tài)信號(hào)，輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息，與其它機(jī)載、艦載、車載管理和控制系統(tǒng)交聯(lián)速度快并且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝方便、重量輕、電源單一、功耗低。
[0037]上述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限制本發(fā)明實(shí)施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述內(nèi)容所做的等效變化，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種MEMS慣性器件，應(yīng)用于檢測(cè)運(yùn)載體的姿態(tài)，其特征在于，包括微機(jī)械檢測(cè)裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、濾波裝置、微控制器及數(shù)字信號(hào)處理裝置，所述微機(jī)械檢測(cè)裝置安裝于所述運(yùn)載體，其依次與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、濾波裝置及數(shù)字信號(hào)處理裝置連接，所述微控制器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和濾波裝置的工作狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS慣性器件，其特征在于，所述微機(jī)械檢測(cè)裝置包括三個(gè)微機(jī)械速率陀螺和三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)，所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺的三個(gè)敏感軸分別指向運(yùn)載體的坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)互相正交的坐標(biāo)軸;所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)的三個(gè)敏感軸分別指向運(yùn)載體的坐標(biāo)系內(nèi)三個(gè)互相正交的坐標(biāo)軸。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS慣性器件，其特征在于，所述坐標(biāo)軸包括互相正交的X軸、Y軸、Z軸;所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺包括第一微機(jī)械速率陀螺、第二微機(jī)械速率陀螺及第三微機(jī)械速率陀螺;所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)包括第一微機(jī)械加速度計(jì)、第二微機(jī)械加速度計(jì)及第三微機(jī)械加速度計(jì);所述第一微機(jī)械速率陀螺與所述第一微機(jī)械加速度計(jì)的敏感軸共同指向X軸，所述第二微機(jī)械速率陀螺與所述第二微機(jī)械加速度計(jì)的敏感軸共同指向Y軸，所述第三微機(jī)械速率陀螺與所述第三微機(jī)械加速度計(jì)的敏感軸共同指向Z軸。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS慣性器件，其特征在于，所述三個(gè)微機(jī)械速率陀螺用于測(cè)量所述運(yùn)載體繞所述三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速率。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS慣性器件，其特征在于，所述三個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)用于測(cè)量所述運(yùn)載體沿所述三個(gè)坐標(biāo)軸向的線加速度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS慣性器件，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、姿態(tài)矩陣計(jì)算、卡爾曼濾波處理。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS慣性器件，其特征在于，還包括RS422接口，所述微控制器通過(guò)RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息。
【專利摘要】提供一種MEMS慣性器件。所述MEMS慣性器件包括微機(jī)械檢測(cè)裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、濾波裝置、微控制器及數(shù)字信號(hào)處理裝置，所述微機(jī)械檢測(cè)裝置安裝于所述運(yùn)載體，其依次與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、濾波裝置及數(shù)字信號(hào)處理裝置連接，所述微控制器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和濾波裝置的工作狀態(tài)，本實(shí)用新型還提供一種MEMS慣性器件的工作方法。本實(shí)用新型提供的MEMS慣性器件及其工作方法通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理裝置和微控制器解算運(yùn)載體姿態(tài)信號(hào)，輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息，與其它機(jī)載、艦載、車載管理和控制系統(tǒng)交聯(lián)速度快并且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝方便、重量輕、電源單一、功耗低。<!-- 2 -->
【IPC分類】G01C21/16
【公開號(hào)】CN205373719
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520978546
【發(fā)明人】李軍岐
【申請(qǐng)人】霍育鋒
【公開日】2016年7月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日