倾角传感器

倾角传感器又称作倾斜仪、测斜仪、水平仪、倾角计，经常用于测量在重力的作用下物体的倾斜角度。从过去简单的水泡水平仪到的电子水平仪是自动化和电子测量技术发展的结果。作为一种检测工具，它已成为桥梁架设、铁路铺设、土木工程、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可缺少的重要测量工具。

详细介绍

什么是倾角传感器—倾角传感器原理

    角度计量是几何量计量的重要组成部分。角度量的范围广，平面角按平面所在的空间位置可分为：在水平面内的水平角(或称方位角)，在垂直面内的垂直角(或倾斜角)，空间角是水平角和垂直角的合成；按量程可分为圆周分度角和小角度；按标称值可分为定角和任意角；按组成单元可分为线角度和面角度；按形成方式可分为固定角和动态角，固定角是指加工或装配成的零组件角度，仪器转动后恢复至静态时的角位置等；动态角是指物体或系统在运动过程中的角度，如卫星轨道对地球赤道面的夹角，精密设备主轴转动时的轴线角漂移，测角设备在一定角速度和角加速度运动时，输出的实时角度信号等。

    倾角传感器又称作倾斜仪、测斜仪、水平仪、倾角计，经常用于系统的水平角度变化测量，水平仪从过去简单的水泡水平仪到现在的电子水平仪是自动化和电子测量技术发展的结果。作为一种检测工具,它已成为桥梁架设、铁路铺设、土木工程、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可缺少的重要测量工具。电子水平仪是一种非常精确的测量小角度的检测工具，用它可测量被测平面相对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度。

基本原理
    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。一般意义上的倾角传感器是静态测量或者准静态测量，一旦有外界加速度，那么加速度芯片测出来的加速度就包含外界加速度，故而计算出来的角度就不准确了，因此，现在常用的做法是增加mems陀螺芯片，并采用优先的卡尔曼滤波算法。加速度3个轴，陀螺仪3个轴，所有这里产品也叫6轴或VG（vertical gyro）。

发展历史
    随着MEMS 技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功,应用最广泛的微机电系统器件之一，而微加速度计（microaccelerometer）就是惯性传感器件的杰出代表。作为最成熟的惯性传感器应用，在的MEMS 加速度计有非常高的集成度，即传感系统与接口线路集成在一个芯片上。
倾角传感器把MCU，MEMS加速度计，模数转换电路，通讯单元全都集成在一块非常小的电路板上面。可以直接输出角度等倾斜数据，让人们更方便的使用它。

特点
    硅微机械传感器测量(MEMS)以水平面为参面的双轴倾角变化。输出角度以水准面为参考，基准面可被再次校准。数据方式输出，接口形式包括RS232、RS485和可定制等多种方式。抗外界电磁干扰能力强。 承受冲击振动10000G。

用途
    倾角传感器用于各种测量角度的应用中。例如，高精度激光仪器水平、工程机械设备调平、远距离测距仪器、高空平台安全保护、定向卫星通讯天线的俯仰角测量、船舶航行姿态测量、盾构顶管应用、大坝检测、地质设备倾斜监测、火炮炮管初射角度测量、雷达车辆平台检测、卫星通讯车姿态检测等等。

应用场合
■ 角度测量，零位调整，水平调整
■ 倾角开关（十二路开关信号）
■ 安全控制，报警，监控
■ 机械臂，大坝，建筑，桥梁角度测量
■ 对准控制，弯曲控制。
■ 初始位置控制，倾角姿态记录仪
■ 汽车四轮定位
■ 高空作业车

应用特点
    高精度单轴倾斜角度传感器以基于电容式3D-MEMS技术的单轴倾斜角度传感器，在全温区都能表现出它卓越的可靠性，超凡的稳定性及史无前例的高精度。倾斜角度传感器系列倾斜角度传感器根据汽车行业的可靠性、稳定性要求所设计、生产和测试的。系列倾斜角度传感器具有显著的负载能力和非常好的冲击耐久性，而不需要附加的其他器件。

  倾角传感器是模拟加速度传感器产品中的一员，加速度传感器无全兼容。可以调节输出频率，内置零位调整，可以根据要求定制零位调整按钮，从而实现在一定的角度置零的功能。这对于要测量相对倾角的场合非常有用，使用完毕后可以重新回归零位。倾角传感器在这种场合使用，只要将传感器固定在一定的平面，测量前使用零位按钮实现清零功能，传感器在此之后读出来的数据就是相对于该平面的相对倾角。

滤波功能
当要求输出比较稳定时，建议使用比较平缓的输出，以使输出的值趋向平和，而变化不至于太剧烈。如果要求非常及时的输出，比如在测量有较高频率的振动的场合，可以使用高频输出，不过，输出会因为响应时间非常短而不稳定。同时，可以使用内部滤波功能，以实现在振动场合测量倾角的目标。

倾角测量
通过双轴的配合，其原理是用欧拉角的形式表示一个坐标系的转动，可以实现360度倾角的测量。产品已经非常稳定。在一些需要进行全量程倾角测量的场合，选择360度产品是比较理想的。

应用案例
1. 应用于农用翻斗车
由于翻斗车通常会在有一定坡度的环境中工作，所以大量的翻斗车生产厂家都在车上装有一个双轴的倾角传感器，并设计有专门的显示仪表显示传感器测量出来的角度，为驾驶员安全驾驶提供可靠的参考数据。不仅如此，当翻斗车在相对水平的公路上行驶时，倾角传感器也能测量到当前行驶时的倾斜角度，为车体结构的微量改变提供准确的参考数据。推荐倾角传感器型号ZCT-CX05-RC01　　

2. 应用于塔式起重机
在塔式起重机防倾翻监控仪中，其中主要的一部分是倾角传感器。倾角传感器的作用在于实时测量塔身倾斜的角度。由于塔身顶端的倾角变化很小，倾角传感器采样频率要在0.5-10Hz范围内，测量精度高于0.05度。同时要过滤掉塔顶震动引起的噪声、保证通信可靠、判断准确。

3. 应用于板式传送机
在板式传送机安装过程中，可以将倾角传感器安装于传送机的顶部，可以直接测量出传送机的当前倾斜角度大大简化了安装过程，在使用过程中，可以利用软件还设置报警角度，省时省心。由此可以看出，借助倾角传感器代替以前凭经验安装，大大提高了板式传送机的安装速度和工作效率。

4. 应用于数控机床
在数控机床零件加工的过程中，怎么保证加工的几何精度呢？这就取决于数控机床的几何精度的，数控机床的几何精度综合反映机床的关键零部件组装后的几何形状误差,而倾角传感器是控制数控机床几何精度的最佳选择。
数控机床的几何精度检查包括：工作台面的平面度、各坐标方向移动的相互垂直度、X坐标方向移动时工作台面的平行度、Y坐标方向移动时工作服台面的平行度等方面，通常在这些的检查项目中使用水准仪，但随着科技的发展，传感器技术的提高，在数控机床的几何精度检查中逐渐开始使用倾角传感器来对平面度和垂直度的检查，倾角传感器不仅能够得知平面是否水平或垂直，还能定量的知道水平或垂直到什么程度，更好的为机床的几何精度进行检查。

注意事项
倾角开关在选择过程中，须注意以下几点：
1. 防爆的必要性：防爆形式分为隔爆型和本安型，
2. 是否需要带指示：根据客户指示。
3. 接点数量：一接点(一个输出)或两接点(两个输出)。
4. 设定值和压力范围的确定：推荐设定范围在压力范围的30%—65%之间，可设定范围为压力范围的15%—90%之间。
5. 接断差的形式：可调式或固定式。
6. 是否有脉动：如果压力有脉动或振动，需要带节流阀用以抑制脉动压力对仪表的损伤。
7. 带隔膜的场合：测定腐蚀性、高黏度或温度过高时，需要选用带隔膜。
8. 对于高精度的倾角开关在使用3-5年后最好拿到原厂校准

单轴和双轴的区别

倾角传感器安装轴数分类可以分为单轴和双轴两个种类。

我们常说的倾角传感器一般是指单轴的倾角传感器，而单轴是指在测量角度时仪器所围绕的中心轴，或是说某一确定的方向。

双轴倾角传感器则是在单轴的基础上结合具体的实际要求，设计出的一款针对两个方向夹角大小的测量工具。

倾角传感器可以水平安装和垂直安装，根据安装的方式不同，单轴和双轴倾角传感器测量的角度也不同，双轴可以测量翻转和俯仰角，而单轴在选择水平安装时只能测翻转角或俯仰角，如果单轴在选择垂直安装时只能测翻转角，俯仰角不可选。

双轴倾角传感器的优势

双轴倾角传感器具有单轴倾角传感器的测量优点，同时具有单轴所无法达到的测量效果，具有更加宽广的测量范围。

双轴倾角传感器通过直接测量被测物体的加速度，经过积分运算可以得到物体的线速度，然后进一步可以得到物体的位移。从根本上来说倾角传感器仍是属于惯性传感器，遵循物体运动的惯性定律和积分计算方法。双轴传感器正是基于这个基本原理设计的，此外还有其他测量原理和测量方法。

双轴倾角传感器共用两个敏感轴，计为X轴和Y轴。当敏感轴与重力方向垂直时，每次倾斜一度引起的输出变化值较大；当敏感轴与重力方向呈45度角时，每次引起的变化值较小；当两者接近平行时，每次偏移几乎不再引起输出变化。根据这个原理，双轴倾角传感器可以测量更多类型的物体和测量更多类型的角度，极大提高的测量效率。

双轴倾角传感器基本可以完成单轴倾角传感器的测量要求。除此此外，双轴倾角传感器可以测量外形不规则的物体的角度的大小，通过两个方向角度差值就可以得出所测夹角大小。此外，对同一物体从不同方向角度进行多次测量再求均值就可以测量出较准的角度，大大提升了测量精准度。第二点就是双轴倾角传感器可以同时测量物体的滚转角和俯仰角。

当X轴和Y轴都与重力方向垂直时，此时所得的两个角度分别是被测物体的滚转角和俯仰角。双轴倾角传感器测量角度的同时性可以降低分开测所造成的误差，正是它的关键作用之处。

不过双轴倾角传感器的精度却不如单轴的，在这一点上还需要进步改善。

倾角传感器和陀螺仪的区别

    陀螺仪是用高速回转体的动量矩灵敏壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测设备。陀螺仪的品种许多，按用处来分，它能够分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。传感陀螺仪用于飞翔体运动的自动操控体系中，作为水平、笔直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪首要用于飞翔状况的指示，作为驾驭和领航外表运用。

陀螺仪分为，压电陀螺仪，微机械陀螺仪，光纤陀螺仪和激光陀螺仪，它们都是电子式的，并且它们能够和加速度计，磁阻芯片，GPS做成惯性导航操控体系。

应用方向

■ 高精度激光仪器水平

■ 工程机械设备调平

■ 远距离测距仪器

■ 高空平台安全保护

■ 定向卫星通讯天线的俯仰角测量

■ 船舶航行姿态测量

■ 盾构顶管应用

■ 大坝检测

■ 地质设备倾斜监测

■ 火炮炮管初射角度测量

■ 雷达车辆平台检测

■ 卫星通讯车姿态检测