傾角傳感器原理與應(yīng)用
傾角傳感器原理與應(yīng)用
傾角傳感器 - 基本原理
傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平測(cè)量，從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”三種傾角傳感器，傾角傳感器還可以用來(lái)測(cè)量相對(duì)于水平面的傾角變化量。
理論基礎(chǔ)就是牛頓第二定律，根據(jù)基本的物理原理，在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，速度是無(wú)法測(cè)量的，但卻可以測(cè)量其加速度。如果初速度已知，就可以通過(guò)積分計(jì)算出線速度，進(jìn)而可以計(jì)算出直線位移。所以它其實(shí)是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器。
當(dāng)傾角傳感器靜止時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。
隨著MEMS 技術(shù)的發(fā)展，慣性傳感器件在過(guò)去的幾年中成為最成功,應(yīng)用最廣泛的微機(jī)電系統(tǒng)器件之一，而微加速度計(jì)（microaccelerometer）就是慣性傳感器件的杰出代表。作為最成熟的慣性傳感器應(yīng)用，現(xiàn)在的MEMS 加速度計(jì)有非常高的集成度，即傳感系統(tǒng)與接口線路集成在一個(gè)芯片上。
傾角傳感器把MCU，MEMS加速度計(jì)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通訊單元全都集成在一塊非常小的電路板上面?？梢灾苯虞敵鼋嵌鹊葍A斜數(shù)據(jù)，讓人們更方便的使用它。
其特點(diǎn)是： 硅微機(jī)械傳感器測(cè)量(MEMS)以水平面為參面的雙軸傾角變化。輸出角度以水準(zhǔn)面為參考，基準(zhǔn)面可被再次校準(zhǔn)。數(shù)據(jù)方式輸出，接口形式包括RS232、RS485和可定制等多種方式?？雇饨珉姶鸥蓴_能力強(qiáng)。
承受沖擊振動(dòng)10000G。
傾角傳感器 - “固體擺”式慣性器件
固體擺在設(shè)計(jì)中廣泛采用力平衡式伺服系統(tǒng)，如圖1所示，其由擺錘、擺線、支架組成， 擺錘受重力G和擺拉力T的作用，其合外力F為：
（1） 其中，θ為擺線與垂直方向的夾角。在小角度范圍內(nèi)測(cè)量時(shí)，可以認(rèn)為F與θ成線性關(guān)系。如應(yīng)變式傾角傳感器就基于此原理。
傾角傳感器 - “液體擺”式慣性器件
液體擺的結(jié)構(gòu)原理是在玻璃殼體內(nèi)裝有導(dǎo)電液，并有三根鉑電極和外部相連接，三根傾角傳感器
典型應(yīng)用場(chǎng)合：
應(yīng)用
角度測(cè)量，水平調(diào)整，零位調(diào)整
傾角開關(guān)（十二路開關(guān)信號(hào)），
安全控制，監(jiān)控，報(bào)警
機(jī)械臂，大壩，建筑，橋梁角度測(cè)量
對(duì)準(zhǔn)控制，彎曲控制。
初始位置控制，傾角姿態(tài)記錄儀
汽車四輪定位
傾角傳感器應(yīng)用特點(diǎn)：
可以調(diào)節(jié)輸出頻率，內(nèi)置零位調(diào)整，可以根據(jù)要求定制零位調(diào)整按鈕，從而實(shí)現(xiàn)在一定的角度置零的功能。這對(duì)于要測(cè)量相對(duì)傾角的場(chǎng)合非常有用。使用完畢后可以重新回歸零位。在這種場(chǎng)合使用，只要將傳感器固定在一定的平面，測(cè)量前使用零位按鈕實(shí)現(xiàn)清零功能，傳感器在此之后讀出來(lái)的數(shù)據(jù)就是相對(duì)于該平面的相對(duì)傾角。
濾波功能：當(dāng)要求輸出比較穩(wěn)定時(shí)，建議使用比較平緩的輸出，以使輸出的值趨向平和，而變化不至于太劇烈。如果要求非常及時(shí)的輸出，比如在測(cè)量有較高頻率的振動(dòng)的場(chǎng)合，可以使用高頻輸出，不過(guò)，輸出會(huì)因?yàn)轫憫?yīng)時(shí)間非常短而不穩(wěn)定。同時(shí)，可以使用內(nèi)部濾波功能，以實(shí)現(xiàn)在振動(dòng)場(chǎng)合測(cè)量?jī)A角的目標(biāo)。
全量程傾角測(cè)量：通過(guò)雙軸的配合，可以實(shí)現(xiàn)360度傾角的測(cè)量。目前產(chǎn)品已經(jīng)非常穩(wěn)定。在一些需要進(jìn)行全量程傾角測(cè)量的場(chǎng)合，選擇360度產(chǎn)品是比較理想的。
