倾角传感器原理与应用

倾角传感器原理与应用
 倾角传感器原理与应用

 倾角传感器 - 基本原理

 倾角传感器经常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器，倾角传感器还可以用来测量相对于水平面的倾角变化量。

 　理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。

 当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。

 随着MEMS 技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功,应用最广泛的微机电系统器件之一，而微加速度计（microaccelerometer）就是惯性传感器件的杰出代表。作为最成熟的惯性传感器应用，现在的MEMS 加速度计有非常高的集成度，即传感系统与接口线路集成在一个芯片上。

 　　倾角传感器把MCU，MEMS加速度计，模数转换电路，通讯单元全都集成在一块非常小的电路板上面。可以直接输出角度等倾斜数据，让人们更方便的使用它。

 　　其特点是： 硅微机械传感器测量(MEMS)以水平面为参面的双轴倾角变化。输出角度以水准面为参考，基准面可被再次校准。数据方式输出，接口形式包括RS232、RS485和可定制等多种方式。抗外界电磁干扰能力强。

 　　承受冲击振动10000G。

 

 倾角传感器 - “固体摆”式惯性器件

 　　固体摆在设计中广泛采用力平衡式伺服系统，如图1所示，其由摆锤、摆线、支架组成， 摆锤受重力G和摆拉力T的作用，其合外力F为：

 （1） 其中，θ为摆线与垂直方向的夹角。在小角度范围内测量时，可以认为F与θ成线性关系。如应变式倾角传感器就基于此原理。

 

 倾角传感器 - “液体摆”式惯性器件

 

 　　液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液，并有三根铂电极和外部相连接，三根倾角传感器

 

 典型应用场合：

 应用

 角度测量，水平调整，零位调整

 倾角开关（十二路开关信号），

 安全控制，监控，报警

 机械臂，大坝，建筑，桥梁角度测量

 对准控制，弯曲控制。

 初始位置控制，倾角姿态记录仪

 汽车四轮定位

 

 倾角传感器应用特点：

 可以调节输出频率，内置零位调整，可以根据要求定制零位调整按钮，从而实现在一定的角度置零的功能。这对于要测量相对倾角的场合非常有用。使用完毕后可以重新回归零位。在这种场合使用，只要将传感器固定在一定的平面，测量前使用零位按钮实现清零功能，传感器在此之后读出来的数据就是相对于该平面的相对倾角。

 

 滤波功能：当要求输出比较稳定时，建议使用比较平缓的输出，以使输出的值趋向平和，而变化不至于太剧烈。如果要求非常及时的输出，比如在测量有较高频率的振动的场合，可以使用高频输出，不过，输出会因为响应时间非常短而不稳定。同时，可以使用内部滤波功能，以实现在振动场合测量倾角的目标。

 

 全量程倾角测量：通过双轴的配合，可以实现360度倾角的测量。目前产品已经非常稳定。在一些需要进行全量程倾角测量的场合，选择360度产品是比较理想的。