傾角傳感器

傾角傳感器又稱作傾斜儀、測斜儀、水平儀、傾角計，經(jīng)常用于測量在重力的作用下物體的傾斜角度。從過去簡單的水泡水平儀到的電子水平儀是自動化和電子測量技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。作為一種檢測工具，它已成為橋梁架設(shè)、鐵路鋪設(shè)、土木工程、石油鉆井、航空航海、工業(yè)自動化、智能平臺、機(jī)械加工等領(lǐng)域不可缺少的重要測量工具。

詳細(xì)介紹

什么是傾角傳感器—傾角傳感器原理

    角度計量是幾何量計量的重要組成部分。角度量的范圍廣，平面角按平面所在的空間位置可分為：在水平面內(nèi)的水平角(或稱方位角)，在垂直面內(nèi)的垂直角(或傾斜角)，空間角是水平角和垂直角的合成；按量程可分為圓周分度角和小角度；按標(biāo)稱值可分為定角和任意角；按組成單元可分為線角度和面角度；按形成方式可分為固定角和動態(tài)角，固定角是指加工或裝配成的零組件角度，儀器轉(zhuǎn)動后恢復(fù)至靜態(tài)時的角位置等；動態(tài)角是指物體或系統(tǒng)在運動過程中的角度，如衛(wèi)星軌道對地球赤道面的夾角，精密設(shè)備主軸轉(zhuǎn)動時的軸線角漂移，測角設(shè)備在一定角速度和角加速度運動時，輸出的實時角度信號等。

    傾角傳感器又稱作傾斜儀、測斜儀、水平儀、傾角計，經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平角度變化測量，水平儀從過去簡單的水泡水平儀到現(xiàn)在的電子水平儀是自動化和電子測量技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。作為一種檢測工具,它已成為橋梁架設(shè)、鐵路鋪設(shè)、土木工程、石油鉆井、航空航海、工業(yè)自動化、智能平臺、機(jī)械加工等領(lǐng)域不可缺少的重要測量工具。電子水平儀是一種非常精確的測量小角度的檢測工具，用它可測量被測平面相對于水平位置的傾斜度、兩部件相互平行度和垂直度。

基本原理
    理論基礎(chǔ)是牛頓第二定律：根據(jù)基本的物理原理，在一個系統(tǒng)內(nèi)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，就可以通過積分算出線速度，進(jìn)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傳感器。
    當(dāng)傾角傳感器靜止時也就是側(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。一般意義上的傾角傳感器是靜態(tài)測量或者準(zhǔn)靜態(tài)測量，一旦有外界加速度，那么加速度芯片測出來的加速度就包含外界加速度，故而計算出來的角度就不準(zhǔn)確了，因此，現(xiàn)在常用的做法是增加mems陀螺芯片，并采用優(yōu)先的卡爾曼濾波算法。加速度3個軸，陀螺儀3個軸，所有這里產(chǎn)品也叫6軸或VG（vertical gyro）。

發(fā)展歷史
    隨著MEMS 技術(shù)的發(fā)展，慣性傳感器件在過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（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，在的MEMS 加速度計有非常高的集成度，即傳感系統(tǒng)與接口線路集成在一個芯片上。
傾角傳感器把MCU，MEMS加速度計，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。

特點
    硅微機(jī)械傳感器測量(MEMS)以水平面為參面的雙軸傾角變化。輸出角度以水準(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10000G。

用途
    傾角傳感器用于各種測量角度的應(yīng)用中。例如，高精度激光儀器水平、工程機(jī)械設(shè)備調(diào)平、遠(yuǎn)距離測距儀器、高空平臺安全保護(hù)、定向衛(wèi)星通訊天線的俯仰角測量、船舶航行姿態(tài)測量、盾構(gòu)頂管應(yīng)用、大壩檢測、地質(zhì)設(shè)備傾斜監(jiān)測、火炮炮管初射角度測量、雷達(dá)車輛平臺檢測、衛(wèi)星通訊車姿態(tài)檢測等等。

應(yīng)用場合
■ 角度測量，零位調(diào)整，水平調(diào)整
■ 傾角開關(guān)（十二路開關(guān)信號）
■ 安全控制，報警，監(jiān)控
■ 機(jī)械臂，大壩，建筑，橋梁角度測量
■ 對準(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
■ 高空作業(yè)車

應(yīng)用特點
    高精度單軸傾斜角度傳感器以基于電容式3D-MEMS技術(shù)的單軸傾斜角度傳感器，在全溫區(qū)都能表現(xiàn)出它卓越的可靠性，超凡的穩(wěn)定性及史無前例的高精度。傾斜角度傳感器系列傾斜角度傳感器根據(jù)汽車行業(yè)的可靠性、穩(wěn)定性要求所設(shè)計、生產(chǎn)和測試的。系列傾斜角度傳感器具有顯著的負(fù)載能力和非常好的沖擊耐久性，而不需要附加的其他器件。

  傾角傳感器是模擬加速度傳感器產(chǎn)品中的一員，加速度傳感器無全兼容?？梢哉{(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，從而實現(xiàn)在一定的角度置零的功能。這對于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。傾角傳感器在這種場合使用，只要將傳感器固定在一定的平面，測量前使用零位按鈕實現(xiàn)清零功能，傳感器在此之后讀出來的數(shù)據(jù)就是相對于該平面的相對傾角。

濾波功能
當(dāng)要求輸出比較穩(wěn)定時，建議使用比較平緩的輸出，以使輸出的值趨向平和，而變化不至于太劇烈。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(yīng)時間非常短而不穩(wěn)定。同時，可以使用內(nèi)部濾波功能，以實現(xiàn)在振動場合測量傾角的目標(biāo)。

傾角測量
通過雙軸的配合，其原理是用歐拉角的形式表示一個坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)360度傾角的測量。產(chǎn)品已經(jīng)非常穩(wěn)定。在一些需要進(jìn)行全量程傾角測量的場合，選擇360度產(chǎn)品是比較理想的。

應(yīng)用案例
1. 應(yīng)用于農(nóng)用翻斗車
由于翻斗車通常會在有一定坡度的環(huán)境中工作，所以大量的翻斗車生產(chǎn)廠家都在車上裝有一個雙軸的傾角傳感器，并設(shè)計有專門的顯示儀表顯示傳感器測量出來的角度，為駕駛員安全駕駛提供可靠的參考數(shù)據(jù)。不僅如此，當(dāng)翻斗車在相對水平的公路上行駛時，傾角傳感器也能測量到當(dāng)前行駛時的傾斜角度，為車體結(jié)構(gòu)的微量改變提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。推薦傾角傳感器型號ZCT-CX05-RC01　　

2. 應(yīng)用于塔式起重機(jī)
在塔式起重機(jī)防傾翻監(jiān)控儀中，其中主要的一部分是傾角傳感器。傾角傳感器的作用在于實時測量塔身傾斜的角度。由于塔身頂端的傾角變化很小，傾角傳感器采樣頻率要在0.5-10Hz范圍內(nèi)，測量精度高于0.05度。同時要過濾掉塔頂震動引起的噪聲、保證通信可靠、判斷準(zhǔn)確。

3. 應(yīng)用于板式傳送機(jī)
在板式傳送機(jī)安裝過程中，可以將傾角傳感器安裝于傳送機(jī)的頂部，可以直接測量出傳送機(jī)的當(dāng)前傾斜角度大大簡化了安裝過程，在使用過程中，可以利用軟件還設(shè)置報警角度，省時省心。由此可以看出，借助傾角傳感器代替以前憑經(jīng)驗安裝，大大提高了板式傳送機(jī)的安裝速度和工作效率。

4. 應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床
在數(shù)控機(jī)床零件加工的過程中，怎么保證加工的幾何精度呢？這就取決于數(shù)控機(jī)床的幾何精度的，數(shù)控機(jī)床的幾何精度綜合反映機(jī)床的關(guān)鍵零部件組裝后的幾何形狀誤差,而傾角傳感器是控制數(shù)控機(jī)床幾何精度的最佳選擇。
數(shù)控機(jī)床的幾何精度檢查包括：工作臺面的平面度、各坐標(biāo)方向移動的相互垂直度、X坐標(biāo)方向移動時工作臺面的平行度、Y坐標(biāo)方向移動時工作服臺面的平行度等方面，通常在這些的檢查項目中使用水準(zhǔn)儀，但隨著科技的發(fā)展，傳感器技術(shù)的提高，在數(shù)控機(jī)床的幾何精度檢查中逐漸開始使用傾角傳感器來對平面度和垂直度的檢查，傾角傳感器不僅能夠得知平面是否水平或垂直，還能定量的知道水平或垂直到什么程度，更好的為機(jī)床的幾何精度進(jìn)行檢查。

注意事項
傾角開關(guān)在選擇過程中，須注意以下幾點：
1. 防爆的必要性：防爆形式分為隔爆型和本安型，
2. 是否需要帶指示：根據(jù)客戶指示。
3. 接點數(shù)量：一接點(一個輸出)或兩接點(兩個輸出)。
4. 設(shè)定值和壓力范圍的確定：推薦設(shè)定范圍在壓力范圍的30%—65%之間，可設(shè)定范圍為壓力范圍的15%—90%之間。
5. 接斷差的形式：可調(diào)式或固定式。
6. 是否有脈動：如果壓力有脈動或振動，需要帶節(jié)流閥用以抑制脈動壓力對儀表的損傷。
7. 帶隔膜的場合：測定腐蝕性、高黏度或溫度過高時，需要選用帶隔膜。
8. 對于高精度的傾角開關(guān)在使用3-5年后最好拿到原廠校準(zhǔn)

單軸和雙軸的區(qū)別

傾角傳感器安裝軸數(shù)分類可以分為單軸和雙軸兩個種類。

我們常說的傾角傳感器一般是指單軸的傾角傳感器，而單軸是指在測量角度時儀器所圍繞的中心軸，或是說某一確定的方向。

雙軸傾角傳感器則是在單軸的基礎(chǔ)上結(jié)合具體的實際要求，設(shè)計出的一款針對兩個方向夾角大小的測量工具。

傾角傳感器可以水平安裝和垂直安裝，根據(jù)安裝的方式不同，單軸和雙軸傾角傳感器測量的角度也不同，雙軸可以測量翻轉(zhuǎn)和俯仰角，而單軸在選擇水平安裝時只能測翻轉(zhuǎn)角或俯仰角，如果單軸在選擇垂直安裝時只能測翻轉(zhuǎn)角，俯仰角不可選。

雙軸傾角傳感器的優(yōu)勢

雙軸傾角傳感器具有單軸傾角傳感器的測量優(yōu)點，同時具有單軸所無法達(dá)到的測量效果，具有更加寬廣的測量范圍。

雙軸傾角傳感器通過直接測量被測物體的加速度，經(jīng)過積分運算可以得到物體的線速度，然后進(jìn)一步可以得到物體的位移。從根本上來說傾角傳感器仍是屬于慣性傳感器，遵循物體運動的慣性定律和積分計算方法。雙軸傳感器正是基于這個基本原理設(shè)計的，此外還有其他測量原理和測量方法。

雙軸傾角傳感器共用兩個敏感軸，計為X軸和Y軸。當(dāng)敏感軸與重力方向垂直時，每次傾斜一度引起的輸出變化值較大；當(dāng)敏感軸與重力方向呈45度角時，每次引起的變化值較??；當(dāng)兩者接近平行時，每次偏移幾乎不再引起輸出變化。根據(jù)這個原理，雙軸傾角傳感器可以測量更多類型的物體和測量更多類型的角度，極大提高的測量效率。

雙軸傾角傳感器基本可以完成單軸傾角傳感器的測量要求。除此此外，雙軸傾角傳感器可以測量外形不規(guī)則的物體的角度的大小，通過兩個方向角度差值就可以得出所測夾角大小。此外，對同一物體從不同方向角度進(jìn)行多次測量再求均值就可以測量出較準(zhǔn)的角度，大大提升了測量精準(zhǔn)度。第二點就是雙軸傾角傳感器可以同時測量物體的滾轉(zhuǎn)角和俯仰角。

當(dāng)X軸和Y軸都與重力方向垂直時，此時所得的兩個角度分別是被測物體的滾轉(zhuǎn)角和俯仰角。雙軸傾角傳感器測量角度的同時性可以降低分開測所造成的誤差，正是它的關(guān)鍵作用之處。

不過雙軸傾角傳感器的精度卻不如單軸的，在這一點上還需要進(jìn)步改善。

傾角傳感器和陀螺儀的區(qū)別

    陀螺儀是用高速回轉(zhuǎn)體的動量矩靈敏殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個或二個軸的角運動檢測設(shè)備。陀螺儀的品種許多，按用處來分，它能夠分為傳感陀螺儀和指示陀螺儀。傳感陀螺儀用于飛翔體運動的自動操控體系中，作為水平、筆直、俯仰、航向和角速度傳感器。指示陀螺儀首要用于飛翔狀況的指示，作為駕馭和領(lǐng)航外表運用。

陀螺儀分為，壓電陀螺儀，微機(jī)械陀螺儀，光纖陀螺儀和激光陀螺儀，它們都是電子式的，并且它們能夠和加速度計，磁阻芯片，GPS做成慣性導(dǎo)航操控體系。

應(yīng)用方向

■ 高精度激光儀器水平

■ 工程機(jī)械設(shè)備調(diào)平

■ 遠(yuǎn)距離測距儀器

■ 高空平臺安全保護(hù)

■ 定向衛(wèi)星通訊天線的俯仰角測量

■ 船舶航行姿態(tài)測量

■ 盾構(gòu)頂管應(yīng)用

■ 大壩檢測

■ 地質(zhì)設(shè)備傾斜監(jiān)測

■ 火炮炮管初射角度測量

■ 雷達(dá)車輛平臺檢測

■ 衛(wèi)星通訊車姿態(tài)檢測