專利名稱：Mems角速度和加速度傳感器自動標定系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及傳感器標定領域，尤其是MEMS角速度和加速度傳感器自動標定方法和系統(tǒng)。
背景技術：
隨著MEMS技術的推廣與發(fā)展，基于MEMS技術的角速度、加速度傳感器的應用領域越來越廣。由于傳感器的性能會受到周圍環(huán)境的影響，所以傳感器要經(jīng)常進行重新標定方可保證其測量精度。目前的還沒對角速度傳感器與加速度傳感器都能進行自動標定的系統(tǒng)平臺，而且每次標定都得標定人員自行進行數(shù)據(jù)處理，得出標定結果，增加了標定人員的工作量。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是:提供一種MEMS角速度和加速度傳感器自動標定系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)傳感器的高精度自動標定。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種所述的自動標定方法所使用的自動標定系統(tǒng)，包括傳感器安裝臺、帶USB接口及A/D轉換功能的信號采集器、步進電機控制模塊、步進電機執(zhí)行控制模塊、傳感器信號值采集模塊以及自動標定模塊；所述的步進電機控制模塊、傳感器信號值采集模塊和自動標定模塊都在PC機上執(zhí)行；步進電機執(zhí)行控制模塊在單片機上執(zhí)行；步進電機控制模塊還擁有PC機上人機界面；步進電機控制模塊和步進電機執(zhí)行控制模塊采用細分技術，對步進電機旋轉軸旋轉角度與旋轉速度進行細分。本實用新型所述的傳感器安裝臺至少有2個傳感器安裝面；其中一個與步進電機旋轉軸平行，另一安裝面與步進電機旋轉軸垂直；每個安裝面上有4個螺孔和安裝位置調整墊片。所述的步進電機控制模塊根據(jù)輸入的控制角速度和角度通過RS232串口發(fā)送給步進電機執(zhí)行控制模塊，然后步進電機執(zhí)行控制模塊根據(jù)命令來產(chǎn)生相應的方波信號，并將方波信號發(fā)送給步進電機驅動器后，步進電機驅動步進電機旋轉軸按設定的角速度和角度旋轉。本實用新型的MEMS角速度和加速度傳感器自動標定方法，由步進電機旋轉軸轉速來標定角速度傳感器、由重力加速度來標定加速度傳感器，具體步驟如下:A:角速度傳感器標定步驟:/I/將角速度傳感器安裝在安裝臺上，利用安裝墊片使待標定的傳感器角速度旋轉軸與步進電機旋轉軸同軸；/2/通過步進電機控制模塊輸入一組20個固定的角速度，使步進電機依次按這組角速度旋轉，每個角速度旋轉10秒鐘；同時信號采集器按500赫茲的采樣頻率對傳感器信號進行采樣并進行A/D轉換后通過USB接口送入PC機；信號采集器通過USB接口與PC機相連接，PC機上的傳感器信號值采集軟件通過USB接口讀取傳感器信號值并進行存儲；[0010]/3/自動標定軟件根據(jù)存儲的傳感器信號值和其對應的步進電機旋轉軸角速度對傳感器進行標定；得到角速度傳感器的靈敏度和誤差；B:加速度傳感器標定步驟:/I/將加速度傳感器安裝在安裝臺上，使要標定的加速度軸向與步進電機旋轉面
垂直；/2/通過步進電機控制模塊將控制步進電機使要標定的加速度軸靠近重力加速度g方向；/3/自動標定軟件根據(jù)傳感器信號值調整步進電機輸出軸的轉角，使輸出信號取得極值；從而實現(xiàn)了所需標定的加速度傳感器輸出軸的方向與重力加速度g的方向一致；此時的步進電機輸出軸轉角位置定位零位基準；/4/以零位基準為參考，自動標定系統(tǒng)會將會依次使步進電機輸出軸旋轉到0°、30°、45°、60°、90°、120°、135°、150°、180°的位置或根據(jù)標定人員輸入的角度進行旋轉，并同時計入下此時的傳感器信號值；此時的待標定的傳感器輸出軸所測量的加速度為重力加速度g在此軸方向上的分量，即此時的傳感器輸出軸所測量的值等于重力加速度g在此軸方向的分量；/5/自動標定系統(tǒng)會根據(jù)傳感器信號值和重力加速度g在加速度傳感器待標定的傳感器輸出軸方向上的分量值，對角速度傳感器信號值進行擬合，得到靈敏度、線性度等參數(shù)，從而完成傳感器的標定。具體的說，所述的步驟A./2/中步進電機控制模塊根據(jù)輸入的控制角速度和角度通過RS232串口發(fā)送給步進電機執(zhí)行控制模塊，然后步進電機執(zhí)行控制模塊根據(jù)命令來產(chǎn)生相應的方波信號，并將方波信號發(fā)送給步進電機驅動器后，步進電機驅動步進電機旋轉軸按設定的角速度和角度旋轉。所述的步驟A./2/中傳感器信號值采集軟件是通過USB來讀取信號采集器上數(shù)據(jù)并存儲在PC機內，以供下一步的自動標定。本實用新型所述的步驟B./2/中要標定的加速度軸與重力加速度g平行，方法為:首先人工利用步進電機控制軟件將傳感器的加速度軸的正方向接近重力加速度g的正方向；實時讀取加速度傳感器的信號值，并將步進電機進行微調，如果發(fā)現(xiàn)信號值有極值出現(xiàn)則此時的極值為加速度傳感器在重力加速度g的影響下的信號值，如果發(fā)現(xiàn)微調超過10度時還沒出現(xiàn)極值，則命令步進電機返回到初始微調位置，并向方向微調直到極值出現(xiàn)。本實用新型的有益效果是，解決了背景技術中存在的缺陷，利用MEMS角速度傳感器感應的角速度與步進電機輸出軸轉動角速度一致實現(xiàn)角速度傳感器標定；利用加速度傳感器對重力加速度g的感應來標定加速度傳感器，不需要每次標定不需要標定人員自行進行數(shù)據(jù)處理，得出標定結果，減輕了標定人員的工作量。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本實用新型結構框圖；圖2是加速度傳感器標定步驟中根據(jù)重力加速度g尋找信號值極值算法流程圖；圖3是安裝臺俯視圖；圖4是安裝臺右視圖。
具體實施方式
現(xiàn)在結合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。在圖1中PC機通過RS232串口與單片機模塊連接(MCU)，且通過USB接口與信號采集器連接。信號采集器與傳感器通過倒下相連。單片機模塊(MCU)、步進電機驅動器、步進電機通過導線串聯(lián)。傳感器單元通過四個螺釘與安裝臺連接，且可以通過調整墊片來調整傳感器的安裝位置，使傳感器處于標定方法中所要求的位置。安裝臺與步進電機旋轉軸通過六角螺栓連接。此系統(tǒng)中的信號采集器含有:傳感器信號采集功能、A/D轉換功能、USB通信功能。信號采集器將采集到的傳感器數(shù)字信號通過A/D轉換功能轉成合適的模擬量，并通過USB接口送出，待PC機上的傳感器信號采集軟件來讀取。圖2是加速度傳感器標定步驟中根據(jù)重力加速度g尋找信號值極值算法流程圖。圖3、圖4為安裝臺俯視、仰視圖。安裝臺與步進電機通過六角螺栓聯(lián)接，安裝臺為七字形狀，安裝后將保持一個安裝面與步進電機旋轉軸平行，另一個安裝面保持與步進電機旋轉軸垂直。圖3和圖4中的1、2、3、4為傳感器安裝螺孔，5為安裝臺與步進電機聯(lián)接的安裝孔。角速度傳感器標定步驟為:/I/將角速度傳感器安裝在安裝臺上，利用安裝墊片使待標定的傳感器角速度旋轉軸與步進電機旋轉軸同軸；/2/通過步進電機控制模塊輸入一組20個固定的角速度，使步進電機依次按這組角速度旋轉，每個角速度旋轉10秒鐘；同時信號采集器按500赫茲的采樣頻率對傳感器信號進行采樣并進行A/D轉換后通過USB接口送入PC機；信號采集器通過USB接口與PC機相連接，PC機上的傳感器信號值采集軟件通過USB接口讀取傳感器信號值并進行存儲；步進電機控制模塊根據(jù)輸入的控制角速度和角度通過RS232串口發(fā)送給步進電機執(zhí)行控制模塊，然后步進電機執(zhí)行控制模塊根據(jù)命令來產(chǎn)生相應的方波信號，并將方波信號發(fā)送給步進電機驅動器后，步進電機驅動步進電機旋轉軸按設定的角速度和角度旋轉。所述的步驟A./2/中傳感器信號值采集軟件是通過USB來讀取信號采集器上數(shù)據(jù)并存儲在PC機內，以供下一步的自動標定。/3/自動標定軟件根據(jù)存儲的傳感器信號值和其對應的步進電機旋轉軸角速度對傳感器進行標定；得到角速度傳感器的靈敏度和誤差；加速度傳感器標定步驟為:/I/將加速度傳感器安裝在安裝臺上，使要標定的加速度軸向與步進電機旋轉面
垂直；/2/通過步進電機控制模塊將控制步進電機使要標定的加速度軸靠近重力加速度g方向；要求要標定的加速度軸與重力加速度g平行，方法為:首先人工利用步進電機控制軟件將傳感器的加速度軸的正方向接近重力加速度g的正方向；實時讀取加速度傳感器的信號值，并將步進電機進行微調，如果發(fā)現(xiàn)信號值有極值出現(xiàn)則此時的極值為加速度傳感器在重力加速度g的影響下的信號值，如果發(fā)現(xiàn)微調超過10度時還沒出現(xiàn)極值，則命令步進電機返回到初始微調位置，并向方向微調直到極值出現(xiàn)。/3/自動標定軟件根據(jù)傳感器信號值調整步進電機輸出軸的轉角，使輸出信號取得極值；從而實現(xiàn)了所需標定的加速度傳感器輸出軸的方向與重力加速度g的方向一致；此時的步進電機輸出軸轉角位置定位零位基準；/4/以零位基準為參考，自動標定系統(tǒng)會將會依次使步進電機輸出軸旋轉到0°、30°、45°、60°、90°、120°、135°、150°、180°的位置或根據(jù)標定人員輸入的角度進行旋轉，并同時計入下此時的傳感器信號值；此時的待標定的傳感器輸出軸所測量的加速度為重力加速度g在此軸方向上的分量，即此時的傳感器輸出軸所測量的值等于重力加速度g在此軸方向的分量；/5/自動標定系統(tǒng)會根據(jù)傳感器信號值和重力加速度g在加速度傳感器待標定的傳感器輸出軸方向上的分量值，對角速度傳感器信號值進行擬合，得到靈敏度、線性度等參數(shù)，從而完成傳感器的標定。以上說明書中描述的只是本實用新型的具體實施方式
，各種舉例說明不對本實用新型的實質內容構成限制，所屬技術領域的普通技術人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的具體實施方式
做修改或變形，而不背離實用新型的實質和范圍。
權利要求1.一種MEMS角速度和加速度傳感器自動標定系統(tǒng)，其特征在于:包括傳感器安裝臺、帶USB接口及A/D轉換功能的信號采集器、步進電機控制模塊、步進電機執(zhí)行控制模塊、傳感器信號值采集模塊以及自動標定模塊；所述的步進電機控制模塊、傳感器信號值采集模塊和自動標定模塊都在PC機上執(zhí)行；步進電機執(zhí)行控制模塊在單片機上執(zhí)行；步進電機控制模塊還擁有PC機上人機界面；步進電機控制模塊和步進電機執(zhí)行控制模塊采用細分技術，對步進電機旋轉軸旋轉角度與旋轉速度進行細分。
2.如權利要求1所述的MEMS角速度和加速度傳感器自動標定系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器安裝臺至少有2個傳感器安裝面；其中一個與步進電機旋轉軸平行，另一安裝面與步進電機旋轉軸垂直；每個安裝面上有4個螺孔和安裝位置調整墊片。
3.如權利要求1所述的MEMS角速度和加速度傳感器自動標定系統(tǒng)，其特征在于:所述的步進電機控制模塊根據(jù)輸入的控制角速度和角度通過RS232串口發(fā)送給步進電機執(zhí)行控制模塊，然后步進電機執(zhí)行控制模塊根據(jù)命令來產(chǎn)生相應的方波信號，并將方波信號發(fā)送給步進電機驅動器后，步進電機驅動步進電機旋轉軸按設定的角速度和角度旋轉。
專利摘要本實用新型涉及一種MEMS角速度和加速度傳感器自動標定系統(tǒng)，包括傳感器安裝臺、帶USB接口及A/D轉換功能的信號采集器、步進電機控制模塊、步進電機執(zhí)行控制模塊、傳感器信號值采集模塊以及自動標定模塊；所述的步進電機控制模塊、傳感器信號值采集模塊和自動標定模塊都在PC機上執(zhí)行；步進電機執(zhí)行控制模塊在單片機上執(zhí)行；步進電機控制模塊還擁有PC機上人機界面；步進電機控制模塊和步進電機執(zhí)行控制模塊采用細分技術，對步進電機旋轉軸旋轉角度與旋轉速度進行細分。采用本實用新型不需要每次標定不需要標定人員自行進行數(shù)據(jù)處理，得出標定結果，減輕了標定人員的工作量。
文檔編號G01P21/00GK202939181SQ201220623720
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權日2012年11月22日
發(fā)明者劉軍, 余節(jié)發(fā), 謝俊 申請人:常州天大龍成節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?br>