傾角傳感器

傾角傳感器又稱作傾斜儀、測(cè)斜儀、水平儀、傾角計(jì)，經(jīng)常用于測(cè)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(dòng)化和電子測(cè)量技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。作為一種檢測(cè)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(dòng)化、智能平臺(tái)、機(jī)械加工等領(lǐng)域不可缺少的重要測(cè)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(jì)量是幾何量計(jì)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(dòng)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(dòng)后恢復(fù)至靜態(tài)時(shí)的角位置等；動(dòng)態(tài)角是指物體或系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過程中的角度，如衛(wèi)星軌道對(duì)地球赤道面的夾角，精密設(shè)備主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的軸線角漂移，測(cè)角設(shè)備在一定角速度和角加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，輸出的實(shí)時(shí)角度信號(hào)等。

    傾角傳感器又稱作傾斜儀、測(cè)斜儀、水平儀、傾角計(jì)，經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平角度變化測(cè)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(dòng)化和電子測(cè)量技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。作為一種檢測(cè)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(dòng)化、智能平臺(tái)、機(jī)械加工等領(lǐng)域不可缺少的重要測(cè)量工具。電子水平儀是一種非常精確的測(cè)量小角度的檢測(cè)工具，用它可測(cè)量被測(cè)平面相對(duì)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(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，速度是無法測(cè)量的，但卻可以測(cè)量其加速度。如果初速度已知，就可以通過積分算出線速度，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。一般意義上的傾角傳感器是靜態(tài)測(cè)量或者準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)量，一旦有外界加速度，那么加速度芯片測(cè)出來的加速度就包含外界加速度，故而計(jì)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(gè)軸，陀螺儀3個(gè)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(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，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。可以直接輸出角度等傾斜數(shù)據(jù)，讓人們更方便的使用它。

特點(diǎn)
    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。抗外界電磁干擾能力強(qiáng)。 承受沖擊振動(dòng)10000G。

用途
    傾角傳感器用于各種測(cè)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(cè)距儀器、高空平臺(tái)安全保護(hù)、定向衛(wèi)星通訊天線的俯仰角測(cè)量、船舶航行姿態(tài)測(cè)量、盾構(gòu)頂管應(yīng)用、大壩檢測(cè)、地質(zhì)設(shè)備傾斜監(jiān)測(cè)、火炮炮管初射角度測(cè)量、雷達(dá)車輛平臺(tái)檢測(cè)、衛(wèi)星通訊車姿態(tài)檢測(cè)等等。

應(yīng)用場(chǎng)合
■ 角度測(cè)量，零位調(diào)整，水平調(diào)整
■ 傾角開關(guān)（十二路開關(guān)信號(hào)）
■ 安全控制，報(bào)警，監(jiān)控
■ 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
■ 高空作業(yè)車

應(yīng)用特點(diǎn)
    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(jì)、生產(chǎn)和測(cè)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(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。傾角傳感器在這種場(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，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)量傾角的目標(biāo)。

傾角測(cè)量
通過雙軸的配合，其原理是用歐拉角的形式表示一個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)360度傾角的測(cè)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(cè)量的場(chǎng)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(huì)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(gè)雙軸的傾角傳感器，并設(shè)計(jì)有專門的顯示儀表顯示傳感器測(cè)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(duì)水平的公路上行駛時(shí)，傾角傳感器也能測(cè)量到當(dāng)前行駛時(shí)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(hào)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(shí)時(shí)測(cè)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(cè)量精度高于0.05度。同時(shí)要過濾掉塔頂震動(dòng)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(cè)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(bào)警角度，省時(shí)省心。由此可以看出，借助傾角傳感器代替以前憑經(jīng)驗(yàn)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(tái)面的平面度、各坐標(biāo)方向移動(dòng)的相互垂直度、X坐標(biāo)方向移動(dòng)時(shí)工作臺(tái)面的平行度、Y坐標(biāo)方向移動(dòng)時(shí)工作服臺(tái)面的平行度等方面，通常在這些的檢查項(xiàng)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(duì)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(xiàng)
傾角開關(guān)在選擇過程中，須注意以下幾點(diǎn)：
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(diǎn)數(shù)量：一接點(diǎn)(一個(gè)輸出)或兩接點(diǎn)(兩個(gè)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(dòng)：如果壓力有脈動(dòng)或振動(dòng)，需要帶節(jié)流閥用以抑制脈動(dòng)壓力對(duì)儀表的損傷。
7. 帶隔膜的場(chǎng)合：測(cè)定腐蝕性、高黏度或溫度過高時(shí)，需要選用帶隔膜。
8. 對(duì)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(gè)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(cè)量角度時(shí)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(shí)際要求，設(shè)計(jì)出的一款針對(duì)兩個(gè)方向夾角大小的測(cè)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(cè)量的角度也不同，雙軸可以測(cè)量翻轉(zhuǎn)和俯仰角，而單軸在選擇水平安裝時(shí)只能測(cè)翻轉(zhuǎn)角或俯仰角，如果單軸在選擇垂直安裝時(shí)只能測(cè)翻轉(zhuǎn)角，俯仰角不可選。

雙軸傾角傳感器的優(yōu)勢(shì)

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

雙軸傾角傳感器通過直接測(cè)量被測(cè)物體的加速度，經(jīng)過積分運(yùn)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(yùn)動(dòng)的慣性定律和積分計(jì)算方法。雙軸傳感器正是基于這個(gè)基本原理設(shè)計(jì)的，此外還有其他測(cè)量原理和測(cè)量方法。

雙軸傾角傳感器共用兩個(gè)敏感軸，計(jì)為X軸和Y軸。當(dāng)敏感軸與重力方向垂直時(shí)，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(shí)，每次引起的變化值較?。划?dāng)兩者接近平行時(shí)，每次偏移幾乎不再引起輸出變化。根據(jù)這個(gè)原理，雙軸傾角傳感器可以測(cè)量更多類型的物體和測(cè)量更多類型的角度，極大提高的測(cè)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(cè)量要求。除此此外，雙軸傾角傳感器可以測(cè)量外形不規(guī)則的物體的角度的大小，通過兩個(gè)方向角度差值就可以得出所測(cè)夾角大小。此外，對(duì)同一物體從不同方向角度進(jìn)行多次測(cè)量再求均值就可以測(cè)量出較準(zhǔn)的角度，大大提升了測(cè)量精準(zhǔn)度。第二點(diǎn)就是雙軸傾角傳感器可以同時(shí)測(cè)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(shí)，此時(shí)所得的兩個(gè)角度分別是被測(cè)物體的滾轉(zhuǎn)角和俯仰角。雙軸傾角傳感器測(cè)量角度的同時(shí)性可以降低分開測(cè)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(diǎn)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(dòng)量矩靈敏殼體相對(duì)慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或二個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)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(yùn)動(dòng)的自動(dòng)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(yùn)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(jì)，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(cè)距儀器

■ 高空平臺(tái)安全保護(hù)

■ 定向衛(wèi)星通訊天線的俯仰角測(cè)量

■ 船舶航行姿態(tài)測(cè)量

■ 盾構(gòu)頂管應(yīng)用

■ 大壩檢測(cè)

■ 地質(zhì)設(shè)備傾斜監(jiān)測(cè)

■ 火炮炮管初射角度測(cè)量

■ 雷達(dá)車輛平臺(tái)檢測(cè)

■ 衛(wèi)星通訊車姿態(tài)檢測(cè)