惯性测量装置的制作方法

本发明涉及惯性测量技术领域，特别涉及一种惯性测量装置。

背景技术：

近年来随着MEMS(微机电系统，Micro-Electro Mechanical Systems)技术的发展而产生的MEMS IMU(惯性测量单元)具有低成本、尺寸小、重量轻、功耗低、可靠性高等优点，使其广泛应用于人们生活中的方方面面，如游戏、虚拟现实技术、导航等，但是随着用户的应用需求越来越广泛，单一的惯性测量单元越发难以满足用户的应用需求。

相关技术中，市场上应用的惯性测量单元主要分为两大类：模拟型惯性测量单元和数字型惯性测量单元。其中，模拟型惯性测量单元具有测量精度高的优点，但测量范围却较小，而数字型惯性测量单元的测量范围大，但测量精度低于模拟型惯性测量单元。然而，随着用户的应用需求越来越广泛，单一的惯性测量单元越发难以满足用户的应用需求。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种惯性测量装置，该装置具备精度高、量程大的有点，提高了装置的适用性。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种惯性测量装置，包括：第一惯性测量单元，用于采集待测样的模拟信号；第二惯性测量单元，用于采集所述待测样的第一数字信号；微处理器，所述微处理器分别与所述第一惯性测量单元和所述第二惯性测量单元相连，所述微处理器用于对所述模拟信号和所述第一数字信号进行融合和处理，以得到测量数据。

本发明实施例的惯性测量装置，通过采集的待测样的模拟信号和数字信号得到测量数据，兼具模拟式测量精度高、数字式测量量程大的优点，提高测量精度，并且提高测量量程，进而提高装置的适用性，具有很强的多平台适用性。

另外，根据本发明上述实施例的惯性测量装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：显示模块，用于显示所述测量数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：A/D转换模块，用于根据预设条件将所述模拟信号转换为第二数字信号，以使所述微处理器根据所述第二数字信号和所述第一数字信号得到所述测量数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当读取完所述第二数字信号的同时，所述微处理器读取所述第一数字信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过以下公式得到所述测量数据：

R＝A×W_A+D×W_D，

其中，R为所述测量数据，A为所述第二数字信号，W_A为所述第一惯性测量单元的权重系数，D为所述第二数字信号，W_D为所述第二惯性测量单元的权重系数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过以下公式得到所述第一惯性测量单元的权重系数和所述第二惯性测量单元的权重系数：

其中，S_A为所述第一惯性测量单元的量程，S_D为所述第二惯性测量单元的量程。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一惯性测量单元的量程和所述第二惯性测量单元的量程之和为1。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述第一数字信号超出所述第一惯性测量单元的量程，所述第一惯性测量单元的权重系数为0，所述第二惯性测量单元的权重系数为1，并且当所述模拟信号小于预设阈值时，所述第一惯性测量单元的权重系数为1，所述第二惯性测量单元的权重系数为0。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述测量数据小于或等于所述预设阈值时，所述第一数字信号判定不准确。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一惯性测量单元为模拟式惯性测量单元，所述第二惯性测量单元为数字式惯性测量单元。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的惯性测量装置的结构示意图；

图2为根据本发明一个具体实施例的惯性测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的惯性测量装置。

图1是本发明一个实施例的惯性测量装置的结构示意图。

如图1所示，该惯性测量装置10包括：第一惯性测量单元100、第二惯性测量单元200和微处理器300。

其中，第一惯性测量单元100用于采集待测样的模拟信号。第二惯性测量单元200用于采集待测样的第一数字信号。微处理器300分别与第一惯性测量单元100和第二惯性测量单元200相连，微处理器300用于对模拟信号和第一数字信号进行融合和处理，以得到测量数据。本发明实施例的装置10可以根据模拟信号和数字信号得到测量数据，不但提高测量精度，并且提高测量量程，进而提高装置的适用性。

可选地，在本发明的一个实施例中，如图2所示，第一惯性测量单元100为模拟式惯性测量单元，第二惯性测量单元200为数字式惯性测量单元，但不局限于模拟式惯性测量单元和数字式惯性测量单元。

可以理解的是，如图2所示，模拟式惯性测量单元将采集到的信息传输到微处理器300中，而数字式惯性测量单元将采集到的数字信息直接传输到微处理器300中，从而分别来自不同惯性测量单元的信息经过微处理器300同步后进行数据融合和处理，进而得到测量数据。

可选地，在本发明的一个实施例中，微处理器300可以为但不局限于STM32系列处理器。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图2所示，本发明实施例的装置10还包括：显示模块400。其中，显示模块400用于显示测量数据。

也就是说，微处理器300可以将处理得到的测量数据输出到显示模块400上，以显示惯性测量结果。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图2所示，本发明实施例的装置10还包括：A/D转换模块500。其中，A/D转换模块500用于根据预设条件将模拟信号转换为第二数字信号，以使微处理器300根据第二数字信号和第一数字信号得到测量数据。

可以理解的是，模拟式惯性测量单元输出信号的模数转换，既可以在A/D转换模块500进行，也可以在微处理器300内进行，下面以A/D转换模块500转换为例进行说明，即模拟式惯性测量单元将采集到的信息通过A/D转换模块500转化为数字信号并传输到微处理器300中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当读取完第二数字信号的同时，微处理器300读取第一数字信号。

可以理解的是，微处理器300同步模拟式和数字式两路惯性测量数据的方法为：通过A/D转换模块500定时对模拟式惯性测量单元的输出数据进行模数转换，微处理器读取A/D转换模块500输出，之后立即读取数字式惯性测量单元的输出数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过以下公式得到测量数据：

R＝A×W_A+D×W_D，

其中，R为测量数据，A为第二数字信号，W_A为第一惯性测量单元的权重系数，D为第二数字信号，W_D为第二惯性测量单元的权重系数。

可以理解的是，微处理器处理两路数据的原则为，两路数据分别乘以各自的权重系数后相加，即得到融合后的测量结果，即R＝A×W_A+D×W_D。其中R为融合后的测量结果，A为模拟式惯性测量单元输出数据进行模数转换后的结果，W_A为模拟式惯性测量单元的权重系数，D为数字式惯性测量单元输出的测量数据，W_D为数字式惯性测量单元的权重系数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过以下公式得到第一惯性测量单元的权重系数和第二惯性测量单元的权重系数：

其中，S_A为第一惯性测量单元的量程，S_D为第二惯性测量单元的量程。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一惯性测量单元的量程和第二惯性测量单元的量程之和为1。

具体地，权重系数的计算方式为，两种惯性测量单元各自的惯性测量值除以各自的量程所得到的值的绝对值，各自得到的绝对值除以两个绝对值的和，即可得到各自的权重系数，两个权重系数相加和为1。即：

W_A+W_D＝1，

其中，S_A为模拟式惯性测量单元的量程，S_D为数字式惯性测量单元的量程。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当第一数字信号超出第一惯性测量单元的量程，第一惯性测量单元的权重系数为0，第二惯性测量单元的权重系数为1，并且当模拟信号小于预设阈值时，第一惯性测量单元的权重系数为1，第二惯性测量单元的权重系数为0。

可以理解的是，如果数字式惯性测量单元采集到的惯性测量结果超出模拟式惯性测量单元的量程S_A，则W_A＝0、W_D＝1。当模拟式惯性测量单元采集到的惯性测量小于阈值M时，则W_A＝1、W_D＝0。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当测量数据小于或等于预设阈值时，第一数字信号判定不准确。

即言，阈值M的设定原则为：当测量结果≤M时认为数字式惯性测量单元的测量结果不可信。

举例而言，如图2所示，第一惯性测量单元100如模拟式惯性测量单元将采集到的信息通过A/D转化模块500转化为数字信号并传输到微处理器300中，第二惯性测量单元200如数字式惯性测量单元将采集到的数字信息直接传输到微处理器300中，从而分别来自不同惯性测量单元的信息经过微处理器300同步后，进行数据融合和处理，并且微处理器300将处理后的测量数据输出到显示模块400上，以显示惯性测量结果。本发明实施例的装置10将模拟式和数字式惯性测量单元的测量特性相结合，兼具模拟式测量精度高、数字式测量量程大的优点，具有很强的多平台适用性。

在本发明的一个具体实施例中，模拟式惯性测量单元包括ADXL203加速度芯片、ADXL646陀螺仪芯片，分别采集加速度和角速度，将芯片输出的模拟信号通过AD芯片AD7689转换为数字信号后，数字信号传输到微处理器300中进行数据处理。其中，模拟式惯性测量单元的加速度工作量程为0-±1.8g，角速度工作量程为0-±450°。

数字式惯性测量单元包括MPU9250运动芯片，采集加速度和角速度，将采集到的数字信号传输到微处理器300中进行数据处理。其中，数字式惯性测量单元的加速度工作量程为0-±16g，角速度工作量程为0-±1800°。

微处理器300为STM32F7系列芯片，通过程序算法进行数据融合，并将测量结果传输到LCD1602显示模块400上。例如当两种惯性测量单元测量到的加速度值(1g)小于模拟式惯性测量单元的加速度量程(1.8g)，大于阈值M时(0.2g)。模拟式惯性测量单元的加速度权重系数为：

数字式惯性测量单元的加速度权重系数为：

则融合后的数据结果为R＝A×W_A+D×W_D＝1×0.1011+1×0.8989＝1。

当数字式惯性测量单元的加速度测量值大于模拟式惯性测量单元的加速度量程(1.8g)时，如D＝6g。模拟式惯性测量单元的加速度权重系数为W_A＝0，数字型惯性测量单元的加速度权重系数为W_D＝1，则融合后的数据结果为R＝A×W_A+D×W_D＝1×6＝6。

当两种惯性测量单元的加速度测量值小于阈值M时(0.2g)，如A＝D＝0.1g。则模拟式惯性测量单元的加速度权重系数为W_A＝1，数字式惯性测量单元的加速度权重系数为W_D＝0。则融合后的数据结果为R＝A×W_A+D×W_D＝1×0.1＝0.1。

需要说明的是，如模数转换电路可能集成在STM32等类型的微处理器内，加速度传感器可以存在多个，在此不作具体限制。

根据本发明实施例的惯性测量装置，通过采集的待测样的模拟信号和数字信号得到测量数据，兼具模拟式测量精度高、数字式测量量程大的优点，实现将模拟式和数字式惯性测量单元的测量特性相结合的目的，提高测量精度，并且提高测量量程，进而提高装置的适用性，同时满足高精度和大量程的惯性测量装置的需求，具有很强的多平台适用性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。