本發(fā)明涉及慣性器件測量技術(shù)，具體涉及一種MEMS慣性器件及其工作方法。
背景技術(shù)：
垂直陀螺是用來測量運載體姿態(tài)的儀器，輸出運載體姿態(tài)信號，即俯仰角(θ)信號和傾斜角(γ)信號，應用于飛行器、艦船、戰(zhàn)車等運載體上。目前，國內(nèi)同類產(chǎn)品一般利用機電陀螺的穩(wěn)定性測量θ和γ角，同時通過縱橫兩個液體電門敏感地垂線方向，控制縱向修正電機和橫向修正電機使陀螺進動，從而跟蹤地垂線。通過角度傳感器輸出運載體相對于當?shù)氐卮咕€的姿態(tài)信號，其缺點是：結(jié)構(gòu)復雜，體積大，重量重，電源復雜，功耗高，姿態(tài)輸出為模擬信號，使用不便。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種MEMS慣性器件。
本發(fā)明提供的MEMS慣性器件包括微機械檢測裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、濾波裝置、微控制器及數(shù)字信號處理裝置，所述微機械檢測裝置安裝于所述運載體，其依次與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、濾波裝置及數(shù)字信號處理裝置連接，所述微控制器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和濾波裝置的工作狀態(tài)。
優(yōu)選的，所述微機械檢測裝置包括三個微機械速率陀螺和三個微機械加 速度計，所述三個微機械速率陀螺的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內(nèi)三個互相正交的坐標軸；所述三個微機械加速度計的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內(nèi)三個互相正交的坐標軸。
優(yōu)選的，所述坐標軸包括互相正交的X軸、Y軸、Z軸；所述三個微機械速率陀螺包括第一微機械速率陀螺、第二微機械速率陀螺及第三微機械速率陀螺；所述三個微機械加速度計包括第一微機械加速度計、第二微機械加速度計及第三微機械加速度計；所述第一微機械速率陀螺與所述第一微機械加速度計的敏感軸共同指向X軸，所述第二微機械速率陀螺與所述第二微機械加速度計的敏感軸共同指向Y軸，所述第三微機械速率陀螺與所述第三微機械加速度計的敏感軸共同指向Z軸。
優(yōu)選的，所述三個微機械速率陀螺用于測量所述運載體繞所述三個坐標軸的轉(zhuǎn)動角速率。
優(yōu)選的，所述三個微機械加速度計用于測量所述運載體沿所述三個坐標軸向的線加速度。
優(yōu)選的，所述數(shù)字信號處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補償、溫度補償、姿態(tài)矩陣計算、卡爾曼濾波處理。
優(yōu)選的，還包括RS422接口，所述微控制器通過RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息。
本發(fā)明還提供一種MEMS慣性器件的工作方法，包括：
步驟1，提供微機械檢測裝置，將其安裝于運載體，用于檢測所述運載體的姿態(tài)，并產(chǎn)生姿態(tài)信息；
步驟2，提供微控制器和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，所述微控制器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置對所述姿態(tài)信息進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
步驟3，提供濾波裝置，所述微控制器控制所述濾波裝置對轉(zhuǎn)換后的姿態(tài)信息進行濾波處理；
步驟4，將解算的姿態(tài)信息輸出給微控制器，所述微控制器通過RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息。
優(yōu)選的，所述數(shù)字信號處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補償、溫度補償、姿態(tài)矩陣計算、卡爾曼濾波處理。
優(yōu)選的，所述微機械檢測裝置包括三個微機械速率陀螺和三個微機械加速度計，所述三個微機械速率陀螺的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內(nèi)三個互相正交的坐標軸；所述三個微機械加速度計的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內(nèi)三個互相正交的坐標軸。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的MEMS慣性器件及其工作方法通過數(shù)字信號處理裝置和微控制器解算運載體姿態(tài)信號，輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息，與其它機載、艦載、車載管理和控制系統(tǒng)交聯(lián)速度快并且其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、安裝方便、重量輕、電源單一、功耗低。
附圖說明
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖1描述本發(fā)明的一種實施例。
本發(fā)明公開一種MEMS慣性器件，請參閱圖1，所述MEMS慣性器件100包括微機械檢測裝置1、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置2、濾波裝置3、微控制器4及數(shù)字信號處理裝置5，所述微機械檢測裝置5安裝于所述運載體，其依次與所述模數(shù)轉(zhuǎn) 換裝置2、濾波裝置3及數(shù)字信號處理裝置5連接，所述微控制器4控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置2和濾波裝置3的工作狀態(tài)。
在本實施例中，所述微機械檢測裝置1包括三個微機械速率陀螺和三個微機械加速度計，所述三個微機械速率陀螺的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內(nèi)三個互相正交的坐標軸；所述三個微機械加速度計的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內(nèi)三個互相正交的坐標軸。
優(yōu)選的，所述坐標軸包括互相正交的X軸、Y軸、Z軸；所述三個微機械速率陀螺包括第一微機械速率陀螺11、第二微機械速率陀螺12及第三微機械速率陀螺13；所述三個微機械加速度計包括第一微機械加速度計14、第二微機械加速度計15及第三微機械加速度計16；所述第一微機械速率陀螺11與所述第一微機械加速度計14的敏感軸共同指向X軸，所述第二微機械速率陀螺12與所述第二微機械加速度計15的敏感軸共同指向Y軸，所述第三微機械速率陀螺13與所述第三微機械加速度計16的敏感軸共同指向Z軸。
具體的，所述三個微機械速率陀螺用于測量所述運載體繞所述三個坐標軸的轉(zhuǎn)動角速率；所述三個微機械加速度計用于測量所述運載體沿所述三個坐標軸向的線加速度。
所述數(shù)字信號處理裝置5用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補償、溫度補償、姿態(tài)矩陣計算、卡爾曼濾波處理。
其中，姿態(tài)矩陣計算包括：二階龍格-庫塔法求解四元數(shù)微分方程、四元數(shù)歸一化處理、四元數(shù)更新、姿態(tài)矩陣更新、姿態(tài)矩陣計算姿態(tài)角。
卡爾曼濾波包括：誤差估計、誤差補償和數(shù)據(jù)融合。
MEMS慣性器件100還包括RS422接口，所述微控制器4通過RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息。
本發(fā)明還提供一種MEMS慣性器件的工作方法，包括：
步驟1，提供微機械檢測裝置，將其安裝于運載體，用于檢測所述運載體的姿態(tài)，并產(chǎn)生姿態(tài)信息；
步驟2，提供微控制器和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，所述微控制器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置對所述姿態(tài)信息進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
步驟3，提供濾波裝置，所述微控制器控制所述濾波裝置對轉(zhuǎn)換后的姿態(tài)信息進行濾波處理；
步驟4，將解算的姿態(tài)信息輸出給微控制器，所述微控制器通過RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息。
所述數(shù)字信號處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補償、溫度補償、姿態(tài)矩陣計算、卡爾曼濾波處理。
所述微機械檢測裝置包括三個微機械速率陀螺和三個微機械加速度計，所述三個微機械速率陀螺的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內(nèi)三個互相正交的坐標軸；所述三個微機械加速度計的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內(nèi)三個互相正交的坐標軸。
綜上所述，本發(fā)明提供的MEMS慣性器件及其工作方法通過數(shù)字信號處理裝置和微控制器解算運載體姿態(tài)信號，輸出俯仰角、傾斜角和狀態(tài)信息，與其它機載、艦載、車載管理和控制系統(tǒng)交聯(lián)速度快并且其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、安裝方便、重量輕、電源單一、功耗低。
上述實施例，只是本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限制本發(fā)明實施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述內(nèi)容所做的等效變化，均應包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。