基于MEMS加速度计阵列的测斜仪设计

发布时间：2021-04-09 20:28

　　针对岩土工程边坡失稳现象中岩土内部位移变化监测需求,设计制作了一种基于微机电系统（MEMS）加速度计阵列的测斜仪。该测斜仪系统由一个基于STM32控制模块和8个由三轴的加速度计单元模块构成。各单元模块空间位置改变,各加速度计的输出经模数转换后通过串口传输到PC端,利用卡尔曼滤波算法与基于欧拉角的姿态解析算法,实现测斜仪倾斜变化以二维图形方式显示。 

【文章来源】：传感器与微系统. 2020,39(09)CSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

阵列式测斜仪结构框图

通过姿态解析运算将单元模块倾斜时的加速度计输出解析为对应坐标向量，将单个监测单元长度设定为空间坐标模长，就得到一个监测单元的向量表达式。以编组底端单元模为原点将每个模块对应的向量进行矢量叠加就能得出整体的空间姿态。2 系统硬件结构

阵列式测斜仪硬件部分是由单元模块、控制模块构成。由单轴加速度计ADXL103与双轴加速度计ADXL203和模拟开关芯片与门电路芯片构成单元模块，单元模块有4种电路设计，是整个系统的基础数据采用单元，不具备数据处理功能;电压跟随器电路、电源电路、STM32单片机和AD芯片的外置电路设计在控制模块上，主要完成对单元模块的控制同时采集单元模块的加速度计输出信号进行运算处理，一个控制单元与8个单元模块共同构成一个单元编组用于构成一个可以完成最小监测功能的单元。最小测量单元功能与结构框图如图3所示。其中单元模块使用ADXL103和ADXL203加速计组合构成三轴加速度计作为感知单元，配合开关与逻辑芯片实现数据编组功能。为了提高精度，在传感器信号输出端采用0.1μF电容构成低通滤波，同时将传感器输出带宽限定在50Hz。模块电路设计有4种电路(图4中Moudle＿A/B/C/D)，单片机的两路高低电平组合对应可以对单元模块进行控制，4种电路除门电路组合方式不同，其它设计部分相同，原理图如图4。最终实物图如图5所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS传感器的高精度姿态角测量研究[J]. 刘震,王雪梅,倪文波.  中国测试. 2017(02)
[2]一种基于光纤Bragg光栅传感器的挡土墙变形监测技术[J]. 吴豪伟,冯春,许利凯.  传感器与微系统. 2010(11)
[3]MEMS发展应用现状[J]. 李旭辉.  传感器与微系统. 2006(05)
[4]基于MEMS加速度传感器的双轴倾角计及其应用[J]. 刘武发,蒋蓁,龚振邦.  传感器技术. 2005(03)



本文编号：3128264