MAV因为体积和负载才能极为有限，因而，减小和减轻飞控导航体系的体积及分量，就显得尤为重要。本文根据MEMS加速度传感器，规划一种双轴倾角计，该设备精度高、分量轻，可满意MAV的姿势角丈量要求，也可用于其他需求体积小、分量轻的倾角丈量设备上。
MEMS加速度传感器
ADXL202是最新的、低重力加速度双轴外表微机械加工的加速度计，以模拟量和脉宽调制数字量2种办法输出，并具有极低的功耗和噪音。外表微机械加工使加速度传感器、信号处理电路高度集成于一个硅片上。
和一切加速度计相同，传感器单元是差动电容器，其输出与加速度成份额。加速度计的功能依赖于传感器的结构规划。差动电容是由悬臂梁构成，而悬臂梁是由许多相间散布的指状电容电极副构成，一副指状电容电极可简化为图1所示的结构。每个指状电极的电容正份额于固定电极和移动电极之间的堆叠面积以及移动电极的位移。明显，这些都是很小的电容器，并且，为了下降噪声和进步分辨力，实际上需求尽可能大的差动电容。
悬臂梁的运动是由支撑它的多晶硅绷簧操控。这些绷簧和悬臂梁的质量恪守牛顿第二定律：质量为m 的物体，因受力F而发生加速度a，则F =m a。而绷簧的形变与所受力的大小成份额，即F = kx，所以
x = （m / k） a ，式中 x为位移， m; m 为质量， kg; a为加速度， m / s2 ; k为绷簧刚度系数， N /m。
因而，仅有支撑绷簧的刚度和悬臂梁的质量2个参数是可控的。减小绷簧系数似乎是进步悬臂梁灵敏度的一种简单办法，但悬臂梁的共振频率正份额于绷簧系数，所以， 减小绷簧系数导致悬臂梁共振频率下降，而加速度计有必要作业在共振频率之下。此外，增大绷簧系数使悬臂梁更巩固。所以，假如坚持尽可能高的绷簧系数，只要悬臂梁的质量参数是可改变的。一般，增大质量意味着增大传感器的面积，从而使悬臂梁增大。在ADXL202中，规划出一个新颖的悬臂梁结构。构成X轴和Y轴可变电容的指状电极沿着一个正方形四周的悬臂梁集成，从而使整个传感器的面积减小，并且，共用的大质量的悬臂梁进步了ADXL202的分辨力。坐落悬臂梁四角的绷簧悬挂体系用以使X 轴和Y轴的灵敏度耦合减小到最小。
倾角丈量原理
ADXL202用于倾角丈量是最典型的使用之一，它以重力作为输入矢量来决议物体在空间的方向。当重力与其灵敏轴笔直时，它对歪斜最灵敏，在该方位上其对倾角的灵敏度最高。当灵敏轴与重力平行时，每歪斜1 °所引起输出加速度的改变被疏忽。当加速度计灵敏轴与重力笔直时，每歪斜1 °所引起输出加速度的改变约为17. 5mgn ，但在45°时，每歪斜1 °所引起输出加速度的改变仅为12. 5mgn ，并且，分辨力下降。表1为X， Y轴在铅垂面内歪斜±90 °时，X， Y 轴的输出。
当该加速度计的X， Y轴都与重力方向笔直时，可作为具有滚转角和俯仰角的双轴倾角传感器。一旦加速度计的输出信号被转化为一个加速度， 该加速度将坐落- 1 gn 和+ 1 gn 之间。则歪斜角以度表明可按下式核算
θ= arcsin （AX / gn ）
γ= arcsin （AY / gn ） ，
式中 θ，γ别离为俯仰角和滚转角， （ °） ; AX ， AY 别离为加速度传感器X轴和Y轴输出， gn。
倾角丈量电路
丈量电路方框图如图2所示， ADXL202输出的电压首要经低通滤波器虑波，再经电压跟从器进行阻抗匹配。当X， Y轴均处于水平方位时，两路输出电压经分压器分压后为1. 2V，当X， Y轴别离从- 90°转到+ 90°时，经过扩大后的电压从0V变到+ 2. 4V，以习惯单片机C8051F002的A /D转换器的需求，然后，用单片机进行线性化处理和温度补偿，别离以模拟量从D /A转换器DAC0，DAC1输出，并以θA 表明俯仰角的模拟量输出，γB 表明滚转角的模拟量输出;一起，俯仰角和滚转角转换为数字量从串行口RS232以数字丈量输出，别离为θD 和γD。
试验成果
在倾角计线性化和温度补偿后，进行了量程规模内的丈量，所用设备为三坐标丈量仪作业台作为水平基准，200mm正弦规及千分块规作为视点发生器发生基准视点，经过串口衔接倾角计于核算机显示倾角计所测视点。因为三坐标丈量仪作业台的水平度及正弦规和千分块规所发生视点精度足够高，以为所发生的视点差错极小，可作为视点的期望值。丈量成果如表2所示。
从表2能够算出：倾角最大差错为- 0. 26°～0. 25°，而均匀视点差错为±0. 135°， 别离为满量程的0. 57 %和0. 30 %。
结 论
本文使用MEMS双轴加速度传感器规划的双轴倾角计，体积小、分量轻（约10 g） ，线性化及温度补偿后的丈量成果表明： 在丈量规模±45°内， 最大差错为满量程的0. 57 % ，均匀差错为满量程的0. 30 %。
该倾角计很好地满意了MAV姿势操控时滚转角、俯仰角丈量要求。一起，该倾角计也能够用于要求体积小、分量轻的其他丈量设备上。
