一种基准源供电的差分式倾斜仪的制作方法

本实用新型涉及一种基准源供电的差分式倾斜仪，属于土木工程领域，应用于结构安全健康监测行业。

背景技术：

目前倾斜仪一般使用MEMS原理的倾角传感器芯片来实现倾斜测量，但MEMS倾角传感器的输出与MEMS倾角传感器的供电有着直接的关系，如果MEMS倾角传感器的电源因外界扰动或者温度变化产生波动，将直接影响倾斜的测量精度。

目前MEMS倾角传感器的供电都是由线性稳压器进行供电，但是对于土木结构的测量，对数据精度要求高，微小的电压波动都会带来测量上的误差影响，而常规的线性稳压器的输出精度、漂移、电源调整率都不能满足系统要求。同时仅仅采用基准源供电无法消除外部共模干扰，容易被外界如工频信号等共模干扰对倾角数据的准确性产生影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决因为供电或温度波动导致的不稳定而影响数据测量精度的问题，及消除外部共模干扰，从而达到在电源波动、外部共模干扰、温度变化的环境中对倾斜仪测量数据高精度的要求。

本实用新型通过下述技术方案来实现。一种基准源供电的差分式倾斜仪，包括MEMS倾角传感器芯片、A/D转换器、电压基准源、MCU、RS485接口、数字电源模块，MEMS倾角传感器芯片连接A/D转换器，A/D转换器连接MCU，MCU连接RS485接口和数字电源模块，MEMS倾角传感器芯片和A/D转换器均连接电压基准源。

进一步优选，所述MEMS倾角传感器芯片的数量为两片，两片MEMS倾角传感器芯片反向安装在PCB板上。

本实用新型针对MEMS倾角传感器芯片的输出与其供电电源有着直接关系，采用ADI公司的ADR43x系列的低噪声、高精度和低温度漂移、大电流输出型基准源为传感器供电，极大的减少了MEMS倾角传感器芯片因为供电或温度波动导致的不稳定而影响数据测量精度。同时采用两片相同参数的MEMS倾角传感器芯片，反向安装，由单个MEMS倾角传感器芯片的单端输出组合成两个MEMS倾角传感器芯片的差分输出，从而达到在电源波动、外部共模干扰，温度变化的环境中对倾斜测量数据高精度的要求目的。

本实用新型利用基准电压源的高精度、低漂移、超低的电源调整率，同时给MEMS倾角传感器芯片和测量其输出模拟信号的A/D转换器进行供电，并且与系统的数字部分供电独立，消除数字和模拟信号的串扰，同时给MEMS倾角传感器芯片和A/D转换器供电可在基准源低的波动条件下可进一步降低测量误差，因为MEMS倾角传感器芯片的输出正比于电源电压，当使用相同的参考电压为MEMS倾角传感器芯片和测量部分(A/D转换器)同时供电时，因参考电压产生的误差会进行自动补偿。

同时采用两片MEMS倾角传感器芯片由原来的单个MEMS倾角传感器芯片单端输出组合成双芯片的差分输出，差分输出的好处就是能够抵抗外部的共模干扰，其原理如下：

V1：为第一片MEMS倾角传感器芯片的输出电压；V2：为第二片MEMS倾角传感器芯片的输出电压；ΔV：为外界的共模干扰信号，是共同作用在两个MEMS芯片上的干扰电压值。当两片MEMS倾角传感器芯片组成差分输出时，总的输出V＝[(V1+ΔV)-(V2+ΔV)]/2＝(V1+V2)/2，所以可以看到，当时用两片MEMS倾角传感器芯片时，采用差分对输出能够直接抑制掉工模干扰，从而提高测量的精度。

本实用新型的技术效果：利用电压基准源同时为MEMS倾角传感器芯片和A/D转换器供电，同时采用两片同规格型号的MEMS倾角传感器芯片组成差分输出极大的减小了倾角数据收到外界电源波动和温度的影响。

附图说明

图1是基准源供电的差分式倾斜仪框图。

图2是MEMS倾角传感器芯片板载安装图。

图3是电压基准源给MEMS倾角传感器与A/D转换器供电电路示意图。

图4是MCU电路示意图。

图5是数字电源模块示意图。

图6是RS485接口电路示意图。

图中：1——MEMS倾角传感器芯片、2——A/D转换器、3——电压基准源、4——MCU、5——RS485接口、6——数字电源模块、7——PCB板。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐明本实用新型。

如图1所示，一种基准源供电的差分式倾斜仪，包括MEMS倾角传感器芯片1、A/D转换器2、电压基准源3、MCU4、RS485接口5、数字电源模块6，MEMS倾角传感器芯片1连接A/D转换器2，A/D转换器2连接MCU4，MCU4连接RS485接口5和数字电源模块6，MEMS倾角传感器芯片1和A/D转换器2均连接电压基准源3。

如图2所示，同时采用两片相同参数的MEMS倾角传感器芯片1，反向安装在PCB板7上(反向安装是指敏感轴相向)，由单个MEMS倾角传感器芯片1的单端输出组合成两个MEMS倾角传感器芯片1的差分输出，从而达到在电源波动、外部共模干扰，温度变化的环境中对倾斜测量数据高精度的要求目的。

在实施过程中，因一般电压基准源3的输出电流都比较小，固需要选取一款输出电流满足MEMS倾角传感器芯片1和A/D转换器2电流消耗的电压基准源3。通过选型，ADR435BRZ满足系统驱动要求。在设计电路时，如图3所示，需要将A/D转换器2的模拟电源输入AVDD引脚连接在电压基准源3输出上，同时两个MEMS倾角传感器芯片1的供电电源VDD也要连接到电压基准源3输出上。电压基准源3的输入由系统电源部分的线性稳压器供电，进行第一级的稳压处理，这样基准源的输入级可保证一定的稳定度。同时线性稳压器的输出再通过数字电源模块分别给数字部分的RS485驱动器和MCU4供电，这样整个系统的模拟电源和数字电源模块隔离就能够避免相互干扰。A/D转换器2可采用具有全差分输入的高分辨率转换器，A/D转换器2的两个差分输入端分别连接两片MEMS倾角传感器芯片1的单端模拟输出信号，MCU4通过内部总线如SPI读取到A/D转换器2转换到的差分电压值，将该值除2后得到消除共模干扰后的原始倾角电压值，在经过反正弦运算换算成角度值。