傾角傳感器又稱作傾斜儀、測斜儀、水平儀、傾角計,經常用於係統的水平角度變化測量,是一種非常精確的測量小角度的檢測工具,用它可測量被測平麵相對於水平位置的傾斜度、兩部件相互平行度和垂直度;已成為橋梁架設、鐵路鋪設、土木工程、石油鑽井、航空航海、工業自動化、智能平台、機械加工等領域不可缺少的重要測量工具。
基礎原理 牛頓第二定律
根據牛頓第二定律基本的物理原理,在一個係統內部,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傳感器。
當傾角傳感器靜止時也就是側麵和垂直方向沒有加速度作用,那麽作用在它上麵的隻有重力加速度;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。
隨著自動化和電子測量技術的發展,傾角傳感器的種類也逐漸增多,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,接下來小明就來分別介紹一下他們的工作原理。
①固體擺
這是一種在設計中廣泛采用力平衡式伺服係統,如圖所示,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 =G sinmg sin其中,與垂直方向的夾角。在小角度範圍內測量時,可以認為F與線性關係,應變式傾角傳感器就基於此原理。
②液體擺
它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,三根電極相互平行且間距相等,如圖所示。當殼體水平時,電極插入導電液的深度相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時,電極之間會形成離子電流,兩根電極之間的液體相當於兩個電阻RI和RIII。若液體擺水平時,則RI=RIII。
當玻璃殼體傾斜時,電極間的導電液不相等,三根電極浸入液體的深度也發生變化,但中間電極浸入深度基本保持不變。左邊電極浸入深度小,則導電液減少,導電的離子數減少,電阻RI增大,相對極則導電液增加,導電的離子數增加,而使電阻RIII 減少,即RI>RIII。反之,若傾斜方向相反,則RI
③氣體擺
“氣體擺”式慣性元件由密閉腔體、氣體和熱線組成,當腔體所在平麵相對水平麵傾斜或腔體受到加速度的作用時,熱線的阻值發生變化,並且熱線阻值的變化是角度q或加速度的函數,因而也具有擺的效應。其中熱線阻值的變化是氣體與熱線之間的能量交換引起的。
“氣體擺”式慣性器件的敏感機理基於密閉腔體中的能量傳遞,在密閉腔體中有氣體和熱線,熱線是唯一的熱源。當裝置通電時,對氣體加熱。在熱線能量交換中對流是主要形式。
其實傳感器對於一個開,發者來說是一個很簡單的儀器,同樣對於一個使用者來說也是很簡單的,類似選擇好傾角傳感器,首先必須知道你用的是傳感器ic還是傳感器模塊,不過現在的實際中采購的直接就是傳感器模塊。傾角傳感器通過傳感器芯片采集重力加速度在傳感器敏感軸上的分量大小,控製單元對芯片傳輸的脈衝信號進行處理,計算出傾角大小,經過通訊單元輸出到網絡或顯示屏上。所以傾角傳感器最核心的就是芯片技術和控製程序的編寫。就像手,機一樣,你不需要知道裏麵的電路原理和通訊協議,你能在應用層使用就可以,對於傳感器芯片也是一樣。