傾角感測器原理與應用

admin @ 2014-03-19 , reply:0

概述
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傾角感測器原理與應用
 傾角感測器原理與應用

 傾角感測器 - 基本原理

 傾角感測器經常用於系統的水平測量,從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”三種傾角感測器,傾角感測器還可以用來測量相對於水平面的傾角變化量。

  理論基礎就是牛頓第二定律,根據基本的物理原理,在一個系統內部,速度是無法測量的,但卻可以測量其加速度。如果初速度已知,就可以通過積分計算出線速度,進而可以計算出直線位移。所以它其實是運用慣性原理的一種加速度感測器。

 當傾角感測器靜止時也就是側面和垂直方向沒有加速度作用,那麼作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度感測器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。

 隨著MEMS 技術的發展,慣性感測器件在過去的幾年中成為最成功,應用最廣泛的微機電系統器件之一,而微加速度計(microaccelerometer)就是慣性感測器件的傑出代表。作為最成熟的慣性感測器應用,現在的MEMS 加速度計有非常高的集成度,即感測系統與介麵線路集成在一個晶元上。

   傾角感測器把MCU,MEMS加速度計,模數轉換電路,通訊單元全都集成在一塊非常小的電路板上面。可以直接輸出角度等傾斜數據,讓人們更方便的使用它。

   其特點是: 硅微機械感測器測量(MEMS)以水平面為參面的雙軸傾角變化。輸出角度以水準面為參考,基準面可被再次校準。數據方式輸出,介面形式包括RS232、RS485和可定製等多種方式。抗外界電磁干擾能力強。

   承受衝擊振動10000G。

 

 傾角感測器 - “固體擺”式慣性器件

   固體擺在設計中廣泛採用力平衡式伺服系統,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。在小角度範圍內測量時,可以認為F與θ成線性關係。如應變式傾角感測器就基於此原理。

 

 傾角感測器 - “液體擺”式慣性器件

 

   液體擺的結構原理是在玻璃殼體內裝有導電液,並有三根鉑電極和外部相連接,三根傾角感測器

 

 典型應用場合:

 應用

 角度測量,水平調整,零位調整

 傾角開關(十二路開關信號),

 安全控制,監控,報警

 機械臂,大壩,建築,橋樑角度測量

 對準控制,彎曲控制。

 初始位置控制,傾角姿態記錄儀

 汽車四輪定位

 

 傾角感測器應用特點

 可以調節輸出頻率,內置零位調整,可以根據要求定製零位調整按鈕,從而實現在一定的角度置零的功能。這對於要測量相對傾角的場合非常有用。使用完畢后可以重新回歸零位。在這種場合使用,只要將感測器固定在一定的平面,測量前使用零位按鈕實現清零功能,感測器在此之後讀出來的數據就是相對於該平面的相對傾角。

 

 濾波功能:當要求輸出比較穩定時,建議使用比較平緩的輸出,以使輸出的值趨向平和,而變化不至於太劇烈。如果要求非常及時的輸出,比如在測量有較高頻率的振動的場合,可以使用高頻輸出,不過,輸出會因為響應時間非常短而不穩定。同時,可以使用內部濾波功能,以實現在振動場合測量傾角的目標。

 

 全量程傾角測量:通過雙軸的配合,可以實現360度傾角的測量。目前產品已經非常穩定。在一些需要進行全量程傾角測量的場合,選擇360度產品是比較理想的。



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