基于ADXL343加速度传感器的倾角测量系统设计

在许多应用领域中,如设备安装、机器人控制、测量机床仪器导轨的直线度、小车的位姿控制中,都经常需要测量倾角。目前的倾角传感器虽然测量精度高,但价格昂贵,无法在各个领域得到广泛应用。由于加速度计的输出经处理可得到一个与倾斜角成正比的直流电压,因此可以利用加速度计来测量物体相对于水平面的倾斜角,尤其是MEMS加速度计传感器体积小、重量轻、功耗低、启动快、成本低、可靠性高、易于实现数字化和智能化,因此加速度传感器在需要测量运动物体倾角的     

基于三轴加速度计的倾斜角传感器的研究与设计

倾斜角度是生活或工业中需要测量的一个重要物理量,对于空间物体姿态的测量,传统的一轴、两轴倾斜角传感器在摆幅和方位上不能兼顾。在此对全固态电容式微加速度传感器进行研究,通过进行零刻度偏移补偿、横轴传感补偿、数据融合等方法提高测量精度。采用三轴加速度计设计了一个全摆幅、全方位、高精度的智能化三轴倾斜角传感器。     

三轴加速度计ADXL330的特点及其应用

ADXL330是美国模拟器件公司推出的完整的三轴加速度计,可以静态或者动态测量物体的加速度,测量范围是±2g.介绍了ADXL330的主要特点及其在组合导航系统中的应用.     

机动状态下航姿系统姿态估计算法研究

载体机动时,低精度航姿系统无法准确敏感重力矢量,由加速度计输出计算的水平姿态误差较大.为了减弱运动加速度的影响,提高机动状态下水平姿态估计精度,提出一种自适应卡尔曼滤波水平姿态估计算法.以姿态四元数和陀螺漂移为状态量,四元数姿态更新微分方程为状态方程,加速度计输出为量测量建立伪量测方程.根据加速度计量测更新残差对量测噪...     

基于无线传感器网络的角度监测系统

针对传统的角度测量设备体积庞大,测量精度低,实时性差等问题,介绍了一种空间物体三维姿态监测系统,其使用三轴加速度传感器监测空间物体的横摆角和俯仰角,使用三轴地磁传感器,结合加速度传感器对其进行修正,监测空间物体的滚转角,监测数据通过Zigbee无线通信网络传输至监测终端进行数据的实时显示与存储.测试实验证明系统具有使用灵活、测量精度高,实时性好等优点.     

一种面向机动的航姿测量系统设计

针对飞行器长时间飞行时, 低精度陀螺、加速度计和磁强计组成的航姿系统容易受到运动加速度的影响而导致姿态精度较低, 甚至发散的问题, 将载体机动加速度描述为当前统计模型, 将目前常用的6状态无迹卡尔曼滤波扩展为9状态, 其状态变量包括3个修正罗德里格参数、三轴陀螺零偏误差和三轴载体机动加速度, 量测量为三轴加速度计输出和三轴磁强计输出。实验结果表明, 当飞行器长时间机动飞行时, 9状态无迹卡尔曼滤波可以估计载体的机动加速度, 保证姿态测量精度。     

在人体运动测量中应用四元数扩展卡尔曼滤波

提出了一种适合多运动传感器方位测定系统的四元数扩展卡尔曼滤波,该方位测定系统适合人体运动领域的研究,它是基于iNEMO整合套件,集成了三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁强计。在该文的扩展卡尔曼滤波过程中,通过加速度计、磁力计的量测噪声进行陀螺仪角度修正,使测量角度值逐渐逼近真实角度大小,同时量测噪音的协方差矩阵设计,可以使方位测定系统辨别静止和运动,增加了可靠性。结合人体前臂屈伸运动的测试,验证了算法的有效性,加之其小尺寸、多功能、低功耗的特点,证明基于MEMS的运动传感器在人体运动测量领域的应用前景良好。     

基于MEMS传感器的运动轨迹的追踪系统

设计一种基于MEMS惯性传感器的行人运动轨迹的追踪系统。测量方式采用计步器的原理,直接利用加速度传感器来检测记录行人步伐的加速度的变化波形,采用三轴磁力计检测行人的运动方向,同时采用加速度值对方向进行倾角补偿。采用平滑滤波的方法对测量结果滤波,通过微处理器处理原始数据,得到比较准确的行人步数和运动方向。最后通过实验验证系统的有效性和可行性。     

基于ADXL362的运动监测及倾角测量系统的设计

该文旨在利用加速度计来设计—个具有较低功耗的运动监测和倾角测量系统。整个系统将由微控内上位机进行通讯及信息姬以及有关状态信息的显示。其中,运动监测模块主要由ADXL362组成,实现对整个系统的运动监测及加速度值的精确测量。结合中值滤波等技术实现高稳定度及高精度的角度测量功能。     

航姿系统三轴磁强计动态校正研究

航姿系统中的三轴磁强计通过测量地磁场推算方位角或航向角,三轴磁强计常用校正方法仅对静态误差进行建模和补偿,未考虑磁强计的动态响应特性。然而,磁强计输出的滞后特性将使航向角在动态下出现较大误差,且无法通过常用校正算法进行补偿,针对该问题提出了直接动态校正和间接动态校正两种方法,前者借助外部基准提供磁场真值进行磁强 计动态特性补偿,后者则在双内积法的基础上利用重力矢量辅助进行动态特性补偿。实验表明两种方法均可使航向角动态 均方根误差减小到1.5°以内。     

基于二阶插值滤波的室内航向估计算法研究

在室内行人导航中,为获取精确的航向角,提出了一种基于二阶插值滤波的航向估计算法。该算法通过建立四元数姿态运动测量模型,采用二阶插值滤波对陀螺仪、加速计和磁强计的测量数据进行数据融合,实现航向角解算,以过程噪声和测量噪声为设计参数,构造自适应噪声协方差矩阵,实现协方差误差估计最小化。通过对行走长方形参考路径得到的数据进行处理,加速计和磁强计组合与陀螺仪航向估计算法动态误差分别为13.6°和6.9°,采用二阶插值滤波航向估计算法后动态误差为2.3°。实验结果表明,该算法有效提高了航向估计的精度,减小了陀螺仪漂移、载体的线性加速度和周围局部磁场干扰对航向估计的影响。     

基于STM32的智能平衡小车控制系统设计

为了满足现代智能化出行需求,提高自平衡小车控制系统的智能化水平,以STM32F103C8T6单片机作为控制核心,采用陀螺仪、加速度计和霍尔传感器分别测量小车车体的倾斜角度、加速度和速度,利用超声波测距模块检测小车与前方障碍物的距离,使用蓝牙方式连接通讯,通过单片机进行PID(比例积分微分)数据运算和处理,输出PWM(脉...     

一种图像校正的偏振光罗盘系统的研究

导航传感器在探险、应急、精确制导武器、船舶、航空器导航和定位系统中起着关键作用。针对偏振光罗盘在倾斜状态下误差较大的问题,提出了一种利用加速度计和陀螺仪对偏振光罗盘进行图像校正的方法,设计了一种基于陀螺仪校正的偏振光罗盘系统。首先利用加速度计和陀螺仪计算得到载体姿态角,对偏振光图像数据进行图像校正,采用Stokes矢量法解算大气偏振模式分布,进而提取导航特征点,最后对特征点进行拟合解算出航向角信息。并且进行了静态和动态测试实验,实验结果表明,该算法能够有效的对偏振光罗盘姿态变化引起的误差进行补偿,可以将偏振光罗盘的航向角测量误差控制在1.86°之内,平均误差为0.09°。     

微惯性测量单元设计及抗高过载性能分析

针对高过载环境下制导弹药内部空间约束及运动参数难以精确测量的问题,该文设计了一种框架式嵌入结构型的微惯性测量单元(MIMU)结构。MIMU由三轴微机械陀螺仪和三轴微机械加速度传感器组成,通过合理配置传感器的安装方式和优化内部空间布局,极大地减小了MIMU的质量和体积。整体结构采用高强度金属材料和特殊的灌封工艺,保证了MIMU抗高过载性能。通过有限元仿真与分析表明,所设计的MIMU结构可满足不小于20 000g(g=9.8 m/s²)的过载冲击。最后在靶场通过搭载某型号试验弹进行炮射过载实验,其实验结果表明,该文所设计的MIMU具备抗高过载能力,满足制导弹药高过载要求。     

新型惯性技术发展及在宇航领域的应用

载体运动信息动态精确测量技术是现代各类运载体导航、制导与控制的前提,惯性技术是在各种复杂环境条件下自主地建立运动载体的方位、姿态基准的唯一有效手段,因而是载体运动信息精确测量的基础。文中详细介绍了光学惯性仪表及系统、MEMS惯性仪表、原子惯性仪表、其他惯性仪表、微型定位导航授时技术和惯性执行结构等新型惯性技术的发展历程,在宇航应用中需要解决的主要技术问题,阐述了惯性技术在宇航领域的应用情况和未来的发展需求和趋势。     

基于光纤陀螺的方位测井仪设计

设计了一种可用于套管井和裸眼井井眼轨迹测量的光纤陀螺方位测井仪。该仪器采用以光纤陀螺作为方位角传感器,以DSP和FPGA的架构完成数据采集处理。对仪器进行多次测试并和钻井曲线对比。测试结果表明,仪器满足工程要求。     

A three-axis micromachined accelerometer with a CMOS position-senseinterface and digital offset-trim electronics

This paper describes a three-axis accelerometer implemented in a surface-micromachining technology with integrated CMOS. The accelerometer measures changes in a capacitive half-bridge to detect deflections of a proof mass, which result from acceleration input. The half-bridge is connected to a fully differential position-sense interface, the output of which is used for one-bit force feedback. By enclosing the proof mass in a one-bit feedback loop, simultaneous force balancing and analog-to-digital conversion are achieved. On-chip digital offset-trim electronics enable compensation of random offset in the electronic interface. Analytical performance calculations are shown to accurately model device behaviour. The fabricated single-chip accelerometer measures 4×4 mm², draws 27 mA from a 5-V supply, and has a dynamic range of 84, 81, and 70 dB along the x-, y-, and z-axes, respectively     

A CMOS integrated three-axis accelerometer fabricated withcommercial submicrometer CMOS technology and bulk-micromachining

In this paper, a bulk-micromachined three-axis accelerometer fabricated with commercial submicrometer CMOS wafers has been developed for low-cost realization of smart accelerometers and improvement of device performance. The signal processing circuits for three-axis detection were formed using a commercial 0.8-μm CMOS technology. After that, micromachining processes were performed to the complete CMOS wafers to form accelerometer structures. The important technologies to separate micromachining processes from the CMOS process are wafer thickness control after CMOS fabrication and backside polishing with chemical spin etching. Accelerometers with 3×3 mm² and 6×6 mm² die size were fabricated with the developed fabrication technology. As a result of device evaluation, 2.0 mg_rms resolution of Z-axis acceleration, and 10.8 mg_rms resolution of X and Y-axis acceleration were obtained by the accelerometers with 6×6 mm² die size. Comparing for the same die area, the 6×6 mm² size accelerometer showed about 21.3 times higher resolution of Z-axis acceleration and 37.8 times higher resolution of X, Y-axis acceleration as compared to our previous three-axis accelerometer fabricated with 5.0-μm CMOS technology. Temperature dependence and reliability for repetitive vibration loads were also evaluated. Through these evaluations, basic performance of the CMOS integrated three-axis accelerometer has been confirmed     

安装误差对单轴旋转对准精度影响分析

针对激光陀螺单轴旋转惯导系统初始对准问题,分析了影响初始对准精度的惯性器件误差参数,理论推导了陀螺安装误差对对准精度及加速度计零位估计的影响,并进行了仿真分析。仿真结果表明,陀螺安装误差直接带入失准角估计误差,并会引起等效加速度计零位估计误差,可通过标定陀螺安装误差提高对准精度。