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倾角传感器 倾角传感器的定义 倾角传感器的原理 应用 一、倾角传感器的定义 理论基础是牛顿第二定律 根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分算出线速度，进而可以计算出直线位移，所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。 当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。 二、基本原理 倾角传感器经常用于系统的水平距离和物体的高度的测量，从工作原理上可分为固体摆式、液体摆式、气体摆式三种倾角传感器，这三种倾角传感器都是利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。 1，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 =G sinθ=mg sinθ 式中的θ为摆线与垂直方向的夹角。在小角度范围内测量时，可以认为F与θ成线性关系 如应变式倾角传感器就是基于此原理。 2. 液体摆式倾角传感器 液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液，并有三根铂电极和外部相连接，三根电极相互平行且间距相等，如图所示。 当壳体水平时，电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时，电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻RI和RIII。 若液体摆水平时，则RI＝RIII。 当玻璃壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，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本保持不变。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，相对极则导电液增加，导电的离子数增加，而使电阻RIII 减少，即RI＞RIII。 反之，若倾斜方向相反，则RI＜RIII。 3. 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，热线的阻值发生变化，并且热线阻值的变化是角度q或加速度的函数，因而也具有摆的效应。其中热线阻值的变化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基于密闭腔体中的能量传递，在密闭腔体中有气体和热线，热线是唯一的热源。当装置通电时，对气体加热。在热线能量交换中对流是主要形式。 4. 固、液、气体摆性能比较 在重力场中，固体摆的敏感质量是摆锤质量，液体摆的敏感质量是电解液，而气体摆的敏感质量是气体。气体是密封腔体内的唯一运动体，它的质量较小，在大冲击或高过载时产生的惯性力也很小，所以具有较强的抗振动或冲击能力。 但气体运动控制较为复杂，影响其运动的因素较多，其精度无法达到军用武器系统的要求。 固体摆倾角传感器有明确的摆长和摆心，其机理基本上与加速度传感 器相同。在实用中产品类型较多如电磁摆式，其产品测量范围、精度及抗过载能力较高，在武器系统中应用也较 为广泛。 液体摆倾角传感器介于两者之间,但系统稳定，在高精度系统 中，应用较为广泛。 例：一种固体摆电容倾角传感 如图所示，其敏感部分设计成圆弧形状，尽管不是平行极板，但是摆锤与两极板之间的间距是均匀一致的，绝缘层把圆弧分成X+极和X-极两个独立部分，且极板与摆锤的宽度是一样的。这样设计主要是利用摆锤受重力影响变化使摆锤与极板之间的覆盖面积改变使倾斜角度的变化和电容量大小变化有很好的线性变化。 在没倾斜时，摆锤在两极板的中间，即与X+极和X-极产生的电容量C0大小相等 当被测物发生倾斜时，即摆锤向左摆，X+极和摆锤的正对覆盖面积增加，而X-极和摆锤的正对覆盖面积减小。这样电容就发生了变化。 当被测物没倾斜时，两极板和摆锤的电容为： 当被测物发生θ角度倾斜时，电极之间有效覆盖面积的变化量为： 所以变化前后的电容为： 三、倾角传感器的应用 ●高层建筑安全监测 目前世界上摩天大楼越来越多，为了监测大楼的安全性能，可以应用S 高精度倾角传感器，高精度倾角传感器可以感应微小角度的变化， 可以 用于大楼摆幅、震动、倾斜等监测。 ● 汽车四轮定位 随着电子技术的发展和应用，汽车的安全性、舒适性和智能性越来越高。汽车侧向倾斜角度传感器的应用是防止汽车在行驶中发生倾翻事过的一种有效方法。是提高汽车安全性的重要措施，特别是越野车。双层客车等重心较高的 汽车更有必要性. The Auto Update client and the Corporate Update server products will be available in April/Ma