专利名称：双轴倾角传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，特别是一种双轴倾角传感器，是一种用加 速度计芯片制作的数字式传感器，安装与设备上，用于测量设备在水平面上
绕X轴和Y轴方向的倾角，为设备的调平提供水平基准。
背景技术：
随着我国经济的迅速发展，科技的进步，国内倾角传感器巿场急需一种 高分辨率、低功耗、反应快、成本低的产品。
目前，测量倾角的传感器都是釆用感应倾角的变化，通过输出变化的电 压信号来反映倾角的变化。这种传感器的反应速度慢，对测量环境要求高， 并且，传统的倾角传感器的功耗较高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中的不足，提供一种 通过加速度计芯片感知地球重力加速度在其测量轴上的分量的大小来确定物 体的倾斜角度，再经电压信号输出反映角度的输出信号的一种双轴倾角传感 器。
为此，本实用新型提供了一种双轴倾角传感器，其中，包括用于将感应 的重力加速度信号转换成电压信号的加速度计芯片，所述加速度计芯片的电 压输出信号经A/D转换模块接至用于对该电压信号进行角度分析处理的CPU 计算模块，所述CPU计算模块的输出经信号转换模块以RS422接口信号输出。
本实用新型通过加速度计芯片感知地球重力加速度在其测量轴上的分量 的大小来确定物体的倾斜角度。比电解质、水银、热能斜度测量仪响应快、 功耗低。为了保证加速度计芯片工作在最佳状态，在加速度计印制板所在处
上下布上铜箔，并打上导热通孔，用于传热，并使加速度计周围热场均匀。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图i为本实用新型的逻辑框图2为本实用新型的电源稳压电路图3为本实用新型采用MODEL1221芯片作为加速度计芯片的电路连接图； 图4为本实用新型采用ADS1225的电路图； 图5为本实用新型CPU计算模块的一个电路图； 图6为本实用新型信号转换模块的一个电路图。
具体实施方式
图1为本实用新型的逻辑框图。如图1所示，本实用新型为一种双轴倾 角传感器，其中，包括用于将感应的重力加速度信号转换成电压信号的加速 度计芯片1，加速度计芯片1的电压输出信号经A/D转换模块2接至用于对 该电压信号进行角度分析处理的CPU计算模块3, CPU计算模块3的输出经 信号转换模块4以RS422接口信号输出。
上述实施例中，还包括用于给加速度计芯片1和A/D转换模块2的模拟 部分提供5伏电压，并且给A/D转换模块2的数字部分、CPU计算模块3和 信号转换模块4提供3.3伏电压的电源稳压电路，如图2所示，为电源稳压 电路图。输入电压为8~10V，经电源芯片REG102-5(Ul)及REG102-3. 3(U2) 稳压后输出5V及3. 3V， 5V电压供应加速度计及A/D转换的模拟部分，3. 3V 电压供应A/D转换的数字部分、CPU计算模块及信号转换模块。
上述实施例中，加速度计芯片1选用美国硅设计公司的低噪音加速度计 芯片M0DEL1221,图3为本实用新型采用M0DEL1221芯片作为加速度计芯片 的电路连接图。如图3所示，MODEL1221芯片U5的端脚2、 5、 6、 18和端脚 19 一起接地，同时又通过电容C20接至两个电阻分配所述电源稳压电路5伏 电压后的2.5伏电压点；所述MODEL1221芯片U5的端脚3、 9、 11和端脚14一起接至所述电源稳压电路的5伏电压输出端，同时又通过并联的两个电容
C19、 C10接地；MODEL1221芯片U5的端脚8 (为内部稳定传感器感应信号) 连接至CPU计算模块3,用于温度补偿，同时又通过电阻R15接地。MODEL1221 芯片U5感应的重力分量的变化在-lg ~+lg之间，相应的，使得Vdd为+5V时， 差分输出模拟量的线性变化在-2.4V-+2. 4V之间。为了提高采样精度并匹配 A/D釆样的输入范围，应将A/D的参考电压设为+2.5V。测试应满足以下条件
当差分输出AINP-AINN=2. 5V时，A/D转换的结果应为7FFFFFH;当 AINP-AI丽》2. 5V时，A/D转换的结果应为800000H。
图4为A/D转换模块采用ADS1225的电路图。A/D转换模块可选用Tl公 司生产的24位A/D转换器ADS1225芯片U4。 ADS1225芯片U4的端脚5接地， 端脚10串联一电容C23后接地，端脚10又通过电容C25与端脚ll连接，端 脚ll串联一电容C24后接地，端脚10又通过串联一电阻R19后接至MODEL1221 芯片U5的端脚12, ADS1225芯片U4的端脚11又通过串联一电阻R20后接 至ADS1225芯片U4的端脚16; ADS1225芯片U4的端脚12、 13接地，同时 ADS1225芯片U4的端脚12、 13又通过一电容C18接至所述电源稳压电路的5 伏电压输出端；ADS1225芯片U4的端脚14与端脚15接通后连接所述电源 稳压电路的5伏电压输出端，同时又通过一电容C13接地；ADS1225芯片U4 的端脚16接至所述电源稳压电路的3. 3伏电压输出端，同时又串联一电容 C16后接地。
A/D转换器ADS1225工作在高分辨率模式(16SPS釆样速率)时有效噪声 为4>"卜当满度5V对应输出为lg时，4^对应为a^g,则峰值噪声为 0-8x" = 5.28//g。对应倾角为0.0003。，即此时测倾角最大噪声为0.0003。。
同理，A/D转换器ADS1225工作在高速模式(IOOSPS釆样速率)时有效
噪声为i5,,对应为3/^,则峰值噪声为h"-i""g。对应倾角为o.oor ,
即此时测倾角最大噪声为0. 001° 。
上述各实施例中，CPU计算模块3可选用Tl公司生产的16位低功耗单
片机。图5为CPU计算模块的一个电路图。如图5所示，CPU计算模块选用 MSP430F149芯片，MSP430F149芯片U6的端脚1接至所述电源稳压电路的3. 3 伏电压输出端，端脚1又通过一电容Cll后接地，端脚11接地，端脚54、 55、 56、 57分别依次接至用于下载调试程序的仿真下载器芯片JTAG1的1、 3、 5、 7脚，端脚58通过一电阻R18以及并联的电阻R4和二极管D2接至所述 电源稳压电路的3. 3伏电压输出端，电阻R18与电阻R4的连接端又通过一电 容C21后接地，端脚62、 63接地，端脚64接至所述电源稳压电路的3. 3伏 电压输出端，仿真下载器芯片JTAG1的9脚接地，仿真下载器芯片JTAG1的 2脚接所述电源稳压电路的3. 3伏电压输出端，且又通过一电容C30接地； MSP430F147芯片U6的端脚8与端脚9之间连接一电容CRY2，且电容CRY2与 端脚8的连接端又通过电容C9后接地，电容CRY2与端脚9的连接端又通过 电容C8后接地；MSP430F147芯片U6的端脚22与端脚23之间连接一电容 CRY1,且电容CRY1与端脚23的连接端又通过电容C6后接地，电容CRY1与 端脚22的连接端又通过电容C7后接地。
图6为信号转换模块的一个电路图。信号转换模块4包括一 MAX3488芯 片U3和一 RS422接口端子JP2, MAX3488芯片U3的端脚1接所述电源稳压电 路的3.3伏电压输出端，同时又通过一电容C14后接地；端脚2接所述 MSP430F147的端脚33， MAX3488芯片U3的端脚3接至MSP430F147芯片U6 的端脚32,端脚4接地；端脚5接所述RS422接口端子的l脚，端脚5又串 联一电阻R7后与端脚6 —起接至所述RS422接口端子的2脚，端脚8接至所 述RS422接口端子的3脚，端脚8又串联一电阻R8后与端脚7 —起接至RS422 接口端子的3脚。
为了保证加速度计芯片工作在最佳状态，在加速度计印制板所在处上下 布上铜箔，并打上导热通孔，用于传热，并使加速度计周围热场均匀。
为了适用恶劣工作环境，该产品釆取了高密封结构设计来保证传感器元 件长期稳定的工作。具有良好的防雨、防尘和防潮湿、防盐雾、防霉菌能力。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非 限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技 术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而 不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
权利要求1.一种双轴倾角传感器，其特征在于，包括用于将感应的重力加速度信号转换成电压信号的加速度计芯片，所述加速度计芯片的电压输出信号经A/D转换模块接至用于对该电压信号进行角度分析处理的CPU计算模块，所述CPU计算模块的输出经信号转换模块以RS422接口信号输出。
2. 根据权利要求l所述的双轴倾角传感器，其特征在于，还包括用于给 所述加速度计芯片和所述A/D转换模块的模拟部分提供5伏电压，并且给所 述A/D转换模块的数字部分、所述CPU计算模块和所述信号转换模块提供3. 3 伏电压的电源稳压电路。
3. 根据权利要求l所述的双轴倾角传感器，其特征在于，所述加速度计 芯片为MODEL1221芯片(U5)。
4. 根据权利要求2或3所述的双轴倾角传感器，其特征在于，MODEL1221 芯片(U5)的端脚2、 5、 6、 18和端脚19一起接地，同时又通过电容(C20) 接至两个电阻分配所述电源稳压电路5伏电压后的2. 5伏电压点；MODEL1221 芯片(U5)的端脚3、 9、 11和端脚14一起接至所述电源稳压电路的5伏电 压输出端，同时又通过并联的两个电容(C19、 C10)接地；MODEL1221芯片(U5)的端脚8连接至所述CPU计算模块，同时又通过电阻(R15)接地。
5. 根据权利要求l所述的双轴倾角传感器，其特征在于，所述A/D转换 模块为ADS1225芯片(U4)。
6. 根据权利要求2、 3或5所述的双轴倾角传感器，其特征在于，ADS1225 芯片(U4)的端脚5接地，端脚10串联一电容(C23)后接地，端脚10又通 过电容(C25)与端脚11连接，端脚11串联一电容(C24)后接地，端脚10又 通过串联一电阻U19)后接至MODEL1221芯片(U5 )的端脚12, ADS1225 芯片(U4)的端脚ll又通过串联一电阻(R20)后接至ADS1225芯片(U4 ) 的端脚16; ADS1225芯片(U4 )的端脚12、 13接地，同时ADS1225芯片(U4) 的端脚12、 13又通过一电容(C18)接至所述电源稳压电路的5伏电压输出 端；ADS1225芯片(U4 )的端脚14与端脚15接通后连接所述电源稳压电路 的5伏电压输出端，同时又通过一电容(Q3)接地；ADS1225芯片(U4)的端 脚16接至所述电源稳压电路的3.3伏电压输出端，同时又串联一电容(C16) 后接地。
7. 根据权利要求l所述的双轴倾角传感器，其特征在于，所述CPU计算 模块为MSP430F147芯片(U6)。
8. 根据权利要求2或7所述的双轴倾角传感器，其特征在于，MSP430F147 芯片(U6)的端脚l接至所述电源稳压电路的3. 3伏电压输出端，端脚1又 通过一电容(C11)后接地，端脚11接地，端脚54、 55、 56、 57分别依次接 至用于下载调试程序的仿真下载器芯片(JTAG1)的l、 3、 5、 7脚，端脚 58通过一电阻(R18)以及并联的电阻(R4)和二极管(D2)接至所述电源稳 压电路的3.3伏电压输出端，电阻(R18)与电阻(R4)的连接端又通过一电 容(C21)后接地，端脚62、 63接地，端脚64接至所述电源稳压电路的3. 3 伏电压输出端，仿真下载器芯片(JTAG1 )的9脚接地，仿真下载器芯片(JTAG1 ) 的2脚接所述电源稳压电路的3. 3伏电压输出端，且又通过一电容(C30)接 地；MSP430F147芯片(U6)的端脚8与端脚9之间连接一电容(CRY2),且 电容(CRY2)与端脚8的连接端又通过电容(C9)后接地，电容(CRY2)与 端脚9的连接端又通过电容(C8)后接地；所述MSP430F147芯片(U6 )的端 脚22与端脚23之间连接一电容(CRY1)，且电容(CRY1)与端脚23的连接 端又通过电容(C6)后接地，电容(CRY1)与端脚22的连接端又通过电容(C7) 后接地。
9. 根据权利要求l、 2或7所述的双轴倾角传感器，其特征在于，所述 信号转换模块包括一 MAX3488芯片(U3 )和一 RS422接口端子(JP2 ), MAX3488 芯片(U3)的端脚l接所述电源稳压电路的3. 3伏电压输出端，同时又通过 一电容(C14)后接地；端脚2接MSP430F147芯片(U6)的端脚33, MAX3488 芯片(U3)的端脚3接至MSP430F147芯片(U6 )的端脚32，端脚4接地； 端脚5接所述RS422接口端子(JP2)的l脚，端脚5又串联一电阻(R7 )后 与端脚6—起接至RS422接口端子(JP2)的2脚，端脚8接至所述RS422接 口端子(JP2)的3脚，端脚8又串联一电阻(R8)后与端脚7—起接至RS422 接口端子(JP2)的3脚。
10.根据权利要求l所述的双轴倾角传感器，其特征在于，所述加速度 计芯片的上下布铜箔，并打上导热通孔。
专利摘要本实用新型涉及一种双轴倾角传感器，包括用于将感应的重力加速度信号转换成电压信号的加速度计芯片，所述加速度计芯片的电压输出信号经A/D转换模块接至用于对该电压信号进行角度分析处理的CPU计算模块，所述CPU计算模块的输出经信号转换模块以RS422接口信号输出。本实用新型通过加速度计芯片感知地球重力加速度在其测量轴上的分量的大小来确定物体的倾斜角度。比电解质、水银、热能斜度测量仪响应快、功耗低。为了保证加速度计芯片工作在最佳状态，在加速度计印制板所在处上下布上铜箔，并打上导热通孔，用于传热，并使加速度计周围热场均匀。
文档编号G01P15/08GK201007649SQ20062013646
公开日2008年1月16日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者李向明, 王革命, 谷荣祥 申请人:西安中星测控有限公司