3分钟带您了解倾角传感器_倾角仪工作原理

此一不二

3分钟带您了解倾角传感器_倾角仪工作原理

       由于生产和科学的迅速发展 ，角度测量越来越普遍的应用于工业科研等各行业领域 ,由于技术创新能力和精确测量 精准度也在迅速提升 。 市场对于传感器的需求也是越来越大，单从定义上来说倾角传感器是用于精确测量相对性 于水平面的倾角变化量，换言之倾角传感器实际上是应用惯性基本原理的一类加速度传感器。  

      

依据牛顿第二定律 ：  

       依据基础的物理原理，在一个操作系统内部结构 ，速度是不能精确测量的，但却能够精确测量其加速度 。 假如初速度已知 ，就可以根据积分算出线速度 ，因而能够测算出直线位移，因此它实际上是应用惯性基本原理的一类加速度传感器 。  

       当倾角传感器静止不动时也就是侧面和垂直方向都没有加速度作用 ，那样作用在它上面的只有重力加速度 。 重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴相互间的夹角便是倾斜角了。  

       倾角传感器时常用于操作系统的水平距离和物体的高度的精确测量 ，从工作原理上可分成固体摆式 、液体摆式 、气体摆式三种倾角传感器 。  

       这三种倾角传感器基本都是运用地球万有引力的作用 ，将传感器敏感器件对大地的姿态角，即与大地引力的夹角 （倾角 ）这一 物理量 ，转换成模拟信号或脉冲信号 。  


  

      

固体摆式倾角传感器  

       如图所示 ，其由摆锤 、摆线 、支架 组成 ，摆锤受重力G和摆拉力T的作用 ，其合外力F=Gsinθ=mg sinθ式中的θ为摆线与垂直方向的夹角 。 在小角度范围内精确测量时，能够指出 F与θ成线性关系 。 如应变式倾角传感器便是依据此基本原理 。  

      

液体摆式倾角传感器  

       液体摆的构造基本原理是在玻璃壳体内配有导电液，并有三根铂电极和外界相互连接 ，三根电极相互平行且间隙 一致 ，如图所示 。  

当壳体水平时，电极插入导电液的深度 一致 。 假如在两根电极相互间加上幅值一致的交流电压时，电极相互间会形成离子电流 ，两根电极相互间的液体相当于两个电阻 RI 和RI II 。  


  

若液体摆水平时，则RI =RI II 。  

当玻璃壳体倾斜时，电极间的导电液不一致 ，三根电极浸入液体的深度也发生变化 ，但中间电极浸入深度基础保持不变 。 如图所示 ，左边电极浸入深度小，则导电液减少 ，导电的离子数减少 ，电阻 RI 增大 ，相对性极则导电液增加 ，导电的离子数增加 ，而使电阻 RI II 减少 ，即RI >RI II 。 反之 ，若倾斜 方向相反 ，则RI ＜RI II 。  

在液体摆的运用中也有依据液体具体位置转变引起应变片的转变 ，因此引起输出电信号转变而感知倾角的转变 。 在实用中此外类型外，也有在电解质溶液中留有一气泡 ，当装置 倾斜时气泡会运作使电容发生改变而检测出倾角的“液体摆”。  

      

气体摆式倾角传感器  

“气体 摆”式惯性元件由密闭腔体 、气体和热线组成 ，当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时，热线的阻值发生改变 ，而且热线阻值的转变是角度 q或加速度的函数 ，因此也具备摆的效应 。 这其中热线阻值的转变是气体与热线之间的能量交换引起的。  

“气体 摆”式惯性器件的敏感机理根据密闭腔体中的能量传递 ，在密闭腔体中有气体和热线 ，热线是仅有的热源 。 当装置通电时，对气体加热 。 在热线能量交换中对流是具体 方式 。  

当流体的动力学粘度 、密度和热传导特点一定时，若热线周围流体的速度不一样 ，则流过热线的电流也不一样 ，因此引起热线两端的电压也形成相应的转变 。 气体摆式惯性器件 便是依据该原理研制的。  

   

固、液、气体摆性能比较   

       就根据固体摆、液体摆及气体摆原理研制的倾角传感器而言 ，它们各有所长 。 在重力场中：  

       固体摆的敏感产品质量是摆锤产品质量 ；  

       液体摆的敏感产品质量是电解液 ；  

       而气体摆的敏感产品质量是气体 。  

       气体是密封腔体内的仅有运作体，它的产品质量较小，在大冲击或高过载 时形成的惯性力也较小 ，因此具备很强的抗振动或冲击能力 。 但气体运动控制相对复杂 ，干扰其运作 的要素较多，其精密度不能做到军用武器系统的要求 。  

       固体摆倾角传感器有清晰的摆长和摆心 ，其机理通常与加速度传感器一致 。 在实用中产品种类较多如电磁摆式 ，其产品测量范围 、精密度及抗过载能力较高，在武器系统中运用 也相对普遍 。  

       液体摆倾角传感器介于两者之间 ，但操作系统平稳 ，在高精度操作系统中，运用相对普遍 ，且国内外产品多为此类 。  

      

       倾角传感器又称倾角仪，用于测量在重力作用下的物体的倾斜角度。这些倾角及水平测量仪器计量出俯仰角与/或滚转角并通过合适的电气接口输出这些数值。倾角传感器非常易于在应用中使用，因为除了本身的安装外它无需特定机械安装结构，简化设计工程师的设计要求。