3分鐘帶您了解傾角傳感器_傾角儀工作原理

      由于生產(chǎn)和科學(xué)的迅速發(fā)展 ，角度測(cè)量越來越普遍的應(yīng)用于工業(yè)科研等各行業(yè)領(lǐng)域 ,由于技術(shù)創(chuàng)新能力和精確測(cè)量 精準(zhǔn)度也在迅速提升 。 市場(chǎng)對(duì)于傳感器的需求也是越來越大，單從定義上來說傾角傳感器是用于精確測(cè)量相對(duì)性 于水平面的傾角變化量，換言之傾角傳感器實(shí)際上是應(yīng)用慣性基本原理的一類加速度傳感器。

依據(jù)牛頓第二定律 ：

      依據(jù)基礎(chǔ)的物理原理，在一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu) ，速度是不能精確測(cè)量的，但卻能夠精確測(cè)量其加速度 。 假如初速度已知 ，就可以根據(jù)積分算出線速度 ，因而能夠測(cè)算出直線位移，因此它實(shí)際上是應(yīng)用慣性基本原理的一類加速度傳感器 。

      當(dāng)傾角傳感器靜止不動(dòng)時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向都沒有加速度作用 ，那樣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相互間的夾角便是傾斜角了。

      傾角傳感器時(shí)常用于操作系統(tǒng)的水平距離和物體的高度的精確測(cè)量 ，從工作原理上可分成固體擺式 、液體擺式 、氣體擺式三種傾角傳感器 。

      這三種傾角傳感器基本都是運(yùn)用地球萬有引力的作用 ，將傳感器敏感器件對(duì)大地的姿態(tài)角，即與大地引力的夾角 (傾角 )這一 物理量 ，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)或脈沖信號(hào) 。

固體擺式傾角傳感器

      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=Gsinθ=mg sinθ式中的θ為擺線與垂直方向的夾角 。 在小角度范圍內(nèi)精確測(cè)量時(shí)，能夠指出 F與θ成線性關(guān)系 。 如應(yīng)變式傾角傳感器便是依據(jù)此基本原理 。

液體擺式傾角傳感器

      液體擺的構(gòu)造基本原理是在玻璃殼體內(nèi)配有導(dǎo)電液，并有三根鉑電極和外界相互連接 ，三根電極相互平行且間隙 一致 ，如圖所示 。

當(dāng)殼體水平時(shí)，電極插入導(dǎo)電液的深度 一致 。 假如在兩根電極相互間加上幅值一致的交流電壓時(shí)，電極相互間會(huì)形成離子電流 ，兩根電極相互間的液體相當(dāng)于兩個(gè)電阻 RI 和RI II 。

若液體擺水平時(shí)，則RI =RI II 。

當(dāng)玻璃殼體傾斜時(shí)，電極間的導(dǎo)電液不一致 ，三根電極浸入液體的深度也發(fā)生變化 ，但中間電極浸入深度基礎(chǔ)保持不變 。 如圖所示 ，左邊電極浸入深度小，則導(dǎo)電液減少 ，導(dǎo)電的離子數(shù)減少 ，電阻 RI 增大 ，相對(duì)性極則導(dǎo)電液增加 ，導(dǎo)電的離子數(shù)增加 ，而使電阻 RI II 減少 ，即RI >RI II 。 反之 ，若傾斜 方向相反 ，則RI ＜RI II 。

在液體擺的運(yùn)用中也有依據(jù)液體具體位置轉(zhuǎn)變引起應(yīng)變片的轉(zhuǎn)變 ，因此引起輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)變而感知傾角的轉(zhuǎn)變 。 在實(shí)用中此外類型外，也有在電解質(zhì)溶液中留有一氣泡 ，當(dāng)裝置 傾斜時(shí)氣泡會(huì)運(yùn)作使電容發(fā)生改變而檢測(cè)出傾角的“液體擺”。

氣體擺式傾角傳感器

“氣體 擺”式慣性元件由密閉腔體 、氣體和熱線組成 ，當(dāng)腔體所在平面相對(duì)水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時(shí)，熱線的阻值發(fā)生改變 ，而且熱線阻值的轉(zhuǎn)變是角度 q或加速度的函數(shù) ，因此也具備擺的效應(yīng) 。 這其中熱線阻值的轉(zhuǎn)變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(jī)理根據(jù)密閉腔體中的能量傳遞 ，在密閉腔體中有氣體和熱線 ，熱線是僅有的熱源 。 當(dāng)裝置通電時(shí)，對(duì)氣體加熱 。 在熱線能量交換中對(duì)流是具體 方式 。

當(dāng)流體的動(dòng)力學(xué)粘度 、密度和熱傳導(dǎo)特點(diǎn)一定時(shí)，若熱線周圍流體的速度不一樣 ，則流過熱線的電流也不一樣 ，因此引起熱線兩端的電壓也形成相應(yīng)的轉(zhuǎn)變 。 氣體擺式慣性器件 便是依據(jù)該原理研制的。

固、液、氣體擺性能比較

      就根據(jù)固體擺、液體擺及氣體擺原理研制的傾角傳感器而言 ，它們各有所長 。 在重力場(chǎng)中：

      固體擺的敏感產(chǎn)品質(zhì)量是擺錘產(chǎn)品質(zhì)量 ；

      液體擺的敏感產(chǎn)品質(zhì)量是電解液 ；

      而氣體擺的敏感產(chǎn)品質(zhì)量是氣體 。

      氣體是密封腔體內(nèi)的僅有運(yùn)作體，它的產(chǎn)品質(zhì)量較小，在大沖擊或高過載 時(shí)形成的慣性力也較小 ，因此具備很強(qiáng)的抗振動(dòng)或沖擊能力 。 但氣體運(yùn)動(dòng)控制相對(duì)復(fù)雜 ，干擾其運(yùn)作 的要素較多，其精密度不能做到軍用武器系統(tǒng)的要求 。

      固體擺傾角傳感器有清晰的擺長和擺心 ，其機(jī)理通常與加速度傳感器一致 。 在實(shí)用中產(chǎn)品種類較多如電磁擺式 ，其產(chǎn)品測(cè)量范圍 、精密度及抗過載能力較高，在武器系統(tǒng)中運(yùn)用 也相對(duì)普遍 。

      液體擺傾角傳感器介于兩者之間 ，但操作系統(tǒng)平穩(wěn) ，在高精度操作系統(tǒng)中，運(yùn)用相對(duì)普遍 ，且國內(nèi)外產(chǎn)品多為此類 。

      傾角傳感器又稱傾角儀，用于測(cè)量在重力作用下的物體的傾斜角度。這些傾角及水平測(cè)量儀器計(jì)量出俯仰角與/或滾轉(zhuǎn)角并通過合適的電氣接口輸出這些數(shù)值。傾角傳感器非常易于在應(yīng)用中使用，因?yàn)槌吮旧淼陌惭b外它無需特定機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)要求。