基于MEMS传感器技术的数字式倾角仪的研究

论文摘要

角度测量在几何量测量中有着重要的地位。随着工业体系对角度测量技术要求的提高,在很多应用现场,现有的角度测量仪器由于测量范围、精度以及体积和功耗的局限,已经渐渐不能满足测量要求。本课题针对目前在机床、飞机和轮船等制造领域以及铁轨及军用导航系统中的大角度测量问题,对角度测量方法及仪器进行了深入研究;并设计出一种基于MEMS技术的数字式倾角仪可适用于±15°(或±30°)的大角度测量。本论文主要内容如下:1.分析了国内外测量仪器的现状和测量仪器数字化、智能化和集成化的发展趋势。2.介绍了倾角传感器SCA103T的基本工作原理和其作为倾角仪敏感元件的优缺点,对它的各项技术参数进行了分析和选择,确定倾角仪所能达到的测量精度。3.对硬件电路进行了详细的介绍,分为角度传感器测量系统和主控电路系统两个部分。4.介绍了软件系统的主要任务和总体思路,并分下位机和上位机两部分分别进行论述。5.针对倾角传感器的输出值与被测角度之间的特性曲线非线性的情况,对拟合方法进行了研究,提高了测量系统的线性度。对角度测量系统进行了实验,并对实验结果进行分析。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及目的意义
• 1.2 角度测量仪器国内外发展现状及趋势
• 1.3 相关技术介绍
• 1.3.1 MEMS传感器技术
• 1.3.2 线性化技术
• 1.4 本论文主要工作
• 第二章 角度测量原理及仪器设计要点
• 2.1 角度测量原理
• 2.2 便携式产品低功耗电路设计的综合考虑
• 2.2.1 产生功耗的原因
• 2.2.2 功耗的系统成本
• 2.2.3 低功率电路的实现方案
• 2.3 角度测量系统设计要点
• 2.4 本章小结
• 第三章 角度测量系统硬件设计
• 3.1 角度测量系统的总体设计
• 3.2 角度传感器测量系统设计
• 3.2.1 倾角测量芯片
• 3.2.2 测量的示值范围、分辨力的计算
• 3.2.3 信号调理电路
• 3.2.4 电源设计
• 3.3 测试系统的主控电路设计
• 3.3.1 A/D转换芯片的选取及接口电路
• 3.3.2 微处理芯片的选择
• 3.3.3 与PC机通讯接口设计
• 3.3.4 液晶显示及接口
• 3.4 本章小结
• 第四章 角度测量系统软件设计
• 4.1 图形化编程语言LabVIEW
• 4.1.1 图形化编程语言LabVIEW概述
• 4.1.2 LabVIEW软件的特点与优点
• 4.2 软件设计思路及总体流程
• 4.3 下位机软件设计
• 4.3.1 单片机与A/D转换芯片接口程序设计
• 4.3.2 单片机与液晶屏接口程序设计
• 4.3.3 与PC机串口通信程序设计
• 4.4 计算机软件设计
• 4.4.1 程序框图设计
• 4.4.2 软件界面设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 传感器标定与系统误差分析
• 5.1 倾角传感器的标定
• 5.2 传感器的非线性补偿
• 5.2.1 非线性对测量结果的影响
• 5.2.2 非线性曲线拟合
• 5.2.3 解二次方程算法
• 5.3 线性度测试实验
• 5.4 系统误差分析
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢