加速度对气体摆式倾角传感器影响机理的探讨

解释了加速度对气体摆式倾角传感器的影响机理。采用有限元方法,利用ANSYS-FLOTRANCFD软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算了在不同加速度作用下传感器敏感元件内的温度场和对流场。计算结果和实验数据表明:加速度作用于气体摆式倾角传感器与倾角作用于气体摆式倾角传感器类似,同样会改变两热源处的气流速度之差,引起两热电阻丝上电流之差的变化,电桥输出一个对应于加速度的电压。     

摆式电容倾角传感器动态特性分析

在分析摆式电容倾角传感器原理及传感器力学模型的基础上,导出传感器动态特性方程和传递函数.理论分析表明,通过适当选取摆的敏感材料及阻尼介质可明显改善其动态性能,采用软件补偿算法同样可提高传感器的动态性能,减少动态误差,从而提高传感器的测量效果.Matlab仿真及实验结果证实了优化方案的可行性,从而满足实际测量对传感器的动态性能要求.     

基于MEMS加速度传感器的双轴倾角计及其应用

利用MEMS加速度传感器设计了双轴倾角计,并采用单片机进行了线性化和温度补偿,倾斜角以模拟量和数字量2种形式输出。该倾角计体积小、重量轻、精度高,能够很好地满足MAV姿态控制及其他应用的倾角测量。     

MEMS加速度计的动态倾角测量性能研究

为了分析MEMS加速度计的动态倾角测量性能,组建了虚拟仪器架构的倾角测量系统,通过设计的模拟实验对MEMS加速度计和传统膜电位倾角传感器的动态倾角测量性能进行了比较研究;结果显示:两种传感器所测的动态倾角信号具有很强的相关性,利用拟合曲线所得加速度计所测信号与基准信号间的最大偏差、均方误差、平均能量差异等指标均小于传统倾角传感器所测数据;提高运行速度后发现倾角信号振荡加剧,加速度计所测信号波动幅度较小且高频成分丰富,膜电位倾角传感器所测信号出现相位滞后;表明MEMS加速度计适合于一般工业场合下的低速动态测量,其所测信号与基准信号间的偏差小,信号波动幅度小、失真小;采用软、硬件信号处理手段,可以有效改善环境干扰对测量的影响。     

多传感器融合在倾角测量抗振动中的应用

倾角传感是通过加速度计敏感重力加速度分量,反求出平面倾斜的角度。当倾角传感元件在振动的载体上工作时,由于载体的加速和减速会被加速度计敏感,从而对倾角的检测带来不能忽略的影响。对这种情况通过引入陀螺仪作为角度测量的重要互补器件,综合加速度计和陀螺仪两类传感器的数据来抑制振动对角度动态测量的干扰。最后的测试数据表明,这种设计方法在很大程度上消除了由于载体振动带来的干扰。     

基于Kalman滤波算法的姿态传感器信号融合技术研究

针对应用三轴陀螺仪和三轴加速度传感器的四旋翼飞行器姿态角测量问题,提出了基于Kalman滤波算法的姿态传感器信号融合方法。该方法将陀螺仪输出的角速度误差作为时变误差处理,认为陀螺仪输出的角速度误差与其所测角速度及上一时刻的角速度输出误差相关,并据此建立陀螺仪测量线性方程,在此基础上,应用Kalman滤波算法,以加速度计输出的姿态角对陀螺仪测量的姿态角进行修正,从而达到姿态角准确测量的目的。实验结果表明：应用Kalman滤波算法对加速度传感器和陀螺仪信号融合后可有效消除姿态角测量累积误差并显著改善姿态角测量的动态特性。     

新型倾角测试仪研究与设计

本文介绍了一种倾角测量仪器的原理与结构，该装置采用加速度和单片微处理８０３１，可同时实现对倾斜角、加速度以及环境温度的准确测量，克服了传统的倾角传感器在具有振动及横向加速度环境下不能正常工作的缺点。具有精度高，价格低廉，体积小巧的特点。     

基于Kalman滤波算法的陀螺仪动态漂移补偿研究

应用MEMS陀螺仪测量人体手臂运动姿态时,针对陀螺仪受线加速度干扰导致测量姿态发散的问题,提出基于Kalman滤波算法的姿态误差补偿方法;该方法首先将陀螺仪采集到的角速度通过方向余弦算法解算得到姿态角,并将陀螺仪动态漂移造成的姿态角误差视为时变信号,通过建立姿态角漂移误差的状态方程及观测方程,应用卡尔曼滤波算法,实现对姿态角漂移误差的估计,最终达到对陀螺仪动态漂移误差的补偿;实验与仿真结果表明,应用该算法能够有效的抑制线加速度干扰导致的陀螺仪测量的姿态发散,适用于陀螺仪对人体手臂运动姿态的测量。     

基于双级互补滤波的姿态测量算法设计

陀螺仪的漂移、载体的线性加速度和磁场的干扰是影响MARG传感器姿态测量精度的主要原因。针对传统姿态测量算法在磁干扰环境下由于航向角误差导致水平角测量精度降低以及载体线性加速度影响水平角精度的问题,提出了一种基于四 元数的双级互补滤波姿态融合算法。该算法利用加速度计和磁力计测量数据分别对估计四元数进行补偿修正,避免了磁干扰环境下航向角误差对水平姿态测量的影响。同时引入线性加速度误差和磁干扰误差自适应补偿方案,以降低线性加速度与磁干扰的影响,为了验证算法的有效性,进行了静态与动态实验。实验结果表明该姿态测量算法能显著提高姿态测量精度和抗干扰能力,与传统的Mahony算法相比,俯仰/滚动角的测量精度完全不受磁干扰的影响,性能得到了明显的提升。     

基于MEMS加速度传感器的数字倾角仪设计

利用MEMS加速度传感器设计了倾角测试仪,并利用单片机进行了数据线性化、传感器温度和上电稳定特性等补偿,倾斜角可以通过LCD或上位机显示.实验表明:本系统倾角测量精度可达±0.2°,具有很好的工作稳定性和较高的性价比,使用上也更加灵活.     

Analysis and fabrication of a novel MEMS pendulum angular accelerometer with electrostatic actuator feedback

A new type of sensor to directly detect angular acceleration is essential for inertial and control technology. The above interest motivates us to propose a novel micro electromechanical system (MEMS) pendulum angular accelerometer with electrostatic actuator feedback. It adopts a proof pendulum with optimized moment of inertia, suspended to dual anchors by a pair of torsion spring beams, as sensing component. A pair of electrodes are designed as differential capacitors to detect the torsional angular of pendulum, then measure input angular acceleration in sensing axis. Another pair of electrodes are designed as electrostatic actuators for feedback control loop. The structure and operating principle of the MEMS angular accelerometer are introduced. Then, the structure kinetics analysis and signal detecting scheme based on differential capacitors are provided in detail, and the sensitivity and resolution of sensor are derived. Compared with the other MEMS angular accelerometers, the proof pendulum with optimized moment of inertia improves sensitivity and resolution of sensor. The electrostatic actuators feedback loop optimizes the dynamic capability and nonlinearity characteristic. The sensor is fabricated by MEMS fabrication technology. The ANSYS simulation and test results prove the validity of the theoretical analyses. The MEMS angular accelerometer can be used in industrial robots and aircraft by further implementing the signal processing electrocircuit.     

基于角度补偿的手机多传感器数据融合测距算法

在惯性测量领域,单纯利用加速度二次积分的方法并不能准确感知目标对象移动的距离.加速度传感器在感知呈线性运动的目标对象时较为准确和实用,但在三维空间运动时它的坐标轴会随物体发生方向的改变而不断漂移.为解决该问题,提出了一种基于角度补偿的手机多传感器数据融合测距算法(ADC-R),使用加速度传感器测量物体运动的加速度,作为计算位移的原始数据;采用手机陀螺仪传感器测量运动物体的角速度,并以旋转矢量传感器输出的数据作为参数把手机动态坐标系下测得的加速度值空间坐标转换到静态的参考坐标系下,然后进行数据融合完成角度补偿计算;最后根据物理学加速度和位移的关系运用数学积分方法和进一步修正误差的技术得到最终移动的距离.实验结果表明此方法在近距离测距方面精度较高,优于加速度积分算法和加速度与陀螺仪融合算法.     

基于KXR94加速度计的微型惯性测量装置设计

详细介绍基于MEMS（MicroElectroMechanicalSystem）和DSP的微型惯性测量装置的软硬件设计。该装置的MEMS传感器单元由微机械陀螺和微加速度计组成,可精确测量载体的3个轴向角速度信息和3个轴向加速度信息。经验证,该装置可精确测算出载体的航向角、俯仰角及位置等信息,并具有体积小、成本低、功耗低、抗冲击能力强等优点。     

基于SPI接口的单摆控制系统的设计与实现

介绍一种由高精度角度传感器测量、电磁装置控制的单摆运动系统,用户可以按需求设定单摆的周期或最大摆角,控制系统通过接收和处理角度传感器的信息,自动调整单摆的运动状态,从而达到预先设定的控制要求.该系统具有有结构简单、测量方便、调整速度快,角度误差小等特点.可根据不同需要应用于各种倾角以及运动姿态测控系统中.     

基于C8051F020单片机的简易旋转倒立摆系统

倒立摆系统是研究控制理论的实验平台,利用C8051F020单片机作为平台构建了一个简易的旋转倒立摆系统.系统采用L298N组建功率放大电路驱动直流电机,控制电机按照要求运行;对角度传感器检测到的摆杆位置作AD采样,并将其反馈给单片机,与设定值进行比较,实现闭环调节;摆杆的平衡控制采用PID算法调节,取得了满意的控制效果.     

倒立摆系统自适应高阶微分反馈控制

利用提取的系统高阶微分信息,提出了自适应高阶微分反馈控制器.某种程度上该控制器不依赖于单输入单输出(SISO)非线性仿射系统的模型.并且分析了闭环系统的稳定性和鲁棒性.通过将摆角方程的位移加速度看作是控制输入,将倒立摆系统转化成相互影响的两个SISO仿射系统,从而用两个串级高阶微分反馈控制器成功地实现了倒立摆系统的镇定与调节.数字仿真表明,控制器对摆的基准模型实现了较为满意的控制,而且该控制方法对非线性摩擦项,对摆长、摆质量、小车质量等参数变化以及外扰动具有强鲁棒性.     

加速度传感器在气体微流量检测中的应用

根据MEMsic(微电子机械系统集成芯片)加速度传感器的工作原理及特点,提出把加速度传感器作为流量传感器应用于气体微流量检测中,为了验证,建立了一套实验装置用于MEMSic加速度传感器检测气体的流动变化,利用PIC单片机对数据进行采集和处理,经过具体实验验证,在不同温度下,经过一定的温度补偿,当气体流量从0到50sccm发生变化,加速度传感器是能够精确的测量出流量的变化,说明了MEMSic加速度传感器对微流量的检测具有较高的灵敏度和稳定性.     

iM-SIMPLE: iMproved stable increased-throughput multi-hop link efficient routing protocol for Wireless Body Area Networks

Wireless Body Area Networks (WBANs) are envisaged to play crucial role in psychological, medical and non-medical applications. This paper presents iM-SIMPLE; a reliable, and power efficient routing protocol with high throughput for WBAN. We deploy sensor nodes on human body to measure the physiological parameters such as blood pressure, temperature, glucose, lactic acid, EMG, acceleration, pressure, and position. Data from sensors is forwarded to intermediate node, from where it is transmitted to sink. An end user can access the required information available at sink via internet. To minimize energy consumption of the network, we utilize multi-hop mode of communication. A cost function is introduced to select the forwarder; node with high residual energy and least distance to sink has minimum cost function value and is selected. Residual energy parameter balances the energy consumption among the sensor nodes, and least distance improves packet delivery to sink because of reduced less path loss. We formulate the minimum energy consumption and high throughput problems as an Integer Linear Program. In order to support mobility, we also consider two body postures. Simulation results confirm the performance advantage of iM-SIMPLE compared to contemporary schemes in terms of maximizing stability period and throughput of the network.     

MEMS-based monolithic three-axis fiber-optic acceleration sensor

In this paper, a MEMS-based monolithic three-axis fiber-optic acceleration sensor is proposed, consisting of three optical fiber collimators and a three-axis acceleration sensing chip. The novel acceleration sensor includes two horizontal sensing units and one vertical sensing unit integrated on a single silicon substrate. Three optical fiber collimators are on the same side of the three-axis sensing chip, thus reducing the package size and cost. In each sensing unit, the micromirror, suspended on a pair of torsion beams, has a torsional angle in response to acceleration in sensing direction. The torsion angle is monitored using fiber-optic detection technique. The sensing system operation principle has been analyzed theoretically, its mechanical performances were simulated using the FEM simulation, and its fabricated process flow was proposed. Using bulk micromachining technologies, the horizontal and the vertical sensing units were successfully fabricated. Finally the individual fabricated sensing units were packaged and tested.