一种基于mems线加速度计的角加速度测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种角加速度测量装置，特别是一种基于MESM线加速度计，间接测量 角加速度的装置。
【背景技术】
[0002] 在惯性传感器中，角加速度传感器的用途十分广泛，比如汽车平稳驾驶检测、导弹 惯导系统、硬盘驱动消除抖动、数字相机消除抖动等等。角加速度的测量方法可以分为：直 接测量式和间接测量式。直接测量式是指通过敏感角加速度的传感器直接获得角加速度的 信息。间接测量式是指采集与角加速度相关的其它信号，进而通过计算得出角加速度信息。
[0003] 直接测量式角加速度传感器主要包括：压阻式角加速度传感器、压电式角加速度 传感器、液环式角加速度传感器等。这些传统的直接式角加速度传感器已经形成产品并且 得到广泛应用，但是它们的价格都非常昂贵，大多在数万元左右。因此，在一些低成本的应 用中，人们更倾向于使用间接式角加速度传感器。
[0004] 间接式角加速度传感器的测量方法简单列举如下。首先，是应用光电编码器 测量角加速度，即通过光电编码器测量角位置信息，进而通过微分计算得到角加速度， 但是微分计算会引入较大的延时和误差，影响角加速度的精度。其次，中国发明专利号 CN201410259116提供了一种轴套型永磁旋转角加速度传感器，这种方法使用无刷直流电机 作为测速发电机，输出与角速度成正比的电压信号，进而滤波、微分后得到角加速度信号， 但是这种方法成本较高，且依然需要角速度信号对于时间的微分。
[0005] MEMS技术指微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电 子机械系统，是在微电子技术（半导体制造技术）基础上发展起来的一种电子机械器件。它 具有体积小、重量轻、可靠性高的优点，将MEMS技术应用于角加速度计是角加速度计的发 展方向，比如中国发明专利号CN200610011906提供了一种扭摆式硅MEMS角加速度传感器， 但是这种方法仅仅得到了仿真验证，并没用在实际中应用。
[0006] 国内外对于MEMS角加速度计的研究还没有那么广泛，还没有较成熟的MEMS角加 速度计芯片。
【发明内容】
[0007] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于MEMS线加速度计的角加速度测 量装置，应用两片价格只有几十元的MEMS线加速度计芯片，通过计算将直接测量到的线加 速度转化为角加速度，间接得到转轴角加速度的大小，可以使角加速度传感器结构简单，可 靠性高，并且在拥有较高的精度的同时，大大降低角加速度传感器成本。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括两块MEMS线加速度芯片和传 感器圆盘。
[0009] 所述的传感器圆盘的圆心与转轴固连；两块MEMS线加速度芯片分别安装在传感 器圆盘的边沿和圆心上，两块MEMS线加速度芯片的线加速度感应方向相互平行，并与传感 器圆盘的半径方向垂直；当传感器圆盘随着转轴旋转时，将两块MEMS线加速度芯片输出的 线加速度信号做差，就得到传感器圆盘的圆周旋转线加速度，再除以传感器圆盘的半径，就 得到最终的旋转角加速度。
[0010] 本发明还包括信号调理电路和V/I转换电路，信号调理电路和V/I转换电路都安 装在传感器圆盘上，两块MEMS线加速度芯片的输出电压信号分别接入各自的信号调理电 路，对输出电压信号进行滤波并将输出电压幅值调整到V/I转换电路可接受的范围，经过 调理后的输出电压信号经V/I转换电路转化为电流信号输出。
[0011] 所述的传感器圆盘上安装PCB电路板，所述的MEMS线加速度芯片、信号调理电路 和V/I转换电路都集成在PCB电路板上。
[0012] 本发明的有益效果是：
[0013] 1)采用MEMS线加速度计芯片作为主要传感器，大大降低了角加速度传感器成本， 并且可以将传感器与信号调理电路集成在一块电路板上，从而缩小体积，提高系统的可靠 性。
[0014] 2)不同于一般间接测量中测量角度位置信号进而微分的方法，本发明直接测量线 加速度信号，通过计算转化为角加速度信号，计算中没有对角度或角速度的微分，因而避免 了微分计算引起的延时和误差。
[0015] 3)使用两片MEMS线加速度芯片的方式，可以从硬件的角度直接消除重力加速度 对于角加速度的影响，使得角加速度的计算十分简便。
[0016] 4)传感器圆盘上的PCB电路板可以方便的实现精确定位，因此MEMS线加速度计芯 片可以准确的安装在传感器圆盘的特定位置上，使得整个角加速度传感器的制作与安装简 单方便。
[0017] 5)应用V/I转换电路，将角加速度传感器的输出信号转换为电流进行传输，可以 有效提高传感器的抗干扰性能。
【附图说明】
[0018] 图1为角加速度传感器原理图；
[0019] 图2为角加速度传感器结构图；
[0020] 图3为角加速度测量系统整体结构图；
[0021] 图中，1一MEMS线加速度计一，2-MEMS线加速度计二，3-传感器圆盘，4一调理电 路，5-V/I转换电路，6-调理电路，7-V/I转换电路，8-外部信号采集与处理电路，9一滑 环，10-传感器支撑架，11 一底座，12 -电机。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施 例。
[0023] 本发明的系统包括两块MEMS线加速度芯片Accel和Acce2,信号调理电路，V/I转 换电路，传感器圆盘。
[0024] 2片MEMS线加速度芯片、信号调理电路和V/I转换电路都集成在传感器圆盘的 PCB电路板上，传感器圆盘与转轴相连，Accel和Acce2分别安装在圆盘的圆周和圆心上。 Accel和Acce2的输出电压信号分别接入各自的信号调理电路，对信号进行滤波并将输出 电压幅值调整到V/I转换电路可接受的范