傾角傳感器 簡(jiǎn)介教材

1、傾角傳感器傾角傳感器的定義傾角傳感器的原理應(yīng)用一、傾角傳感器的定義理論基礎(chǔ)是牛頓第二定律根據(jù)基本的物理原理，在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，速度是無(wú)法測(cè)量的，但卻可以測(cè)量其加速度。如果初速度已知，就可以通過積分算出線速度，進(jìn)而可以計(jì)算出直線位移，所以它其實(shí)是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器。當(dāng)傾角傳感器靜止時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。二、基本原理傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平距離和物體的高度的測(cè)量，從工作原理上可分為固體擺式、液體擺式、氣體擺式三種傾角傳感器，這三種傾角傳感器都是利用地球萬(wàn)有引力的作用，將傳感器敏感器

2、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)。1，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 =G sin=mg sin式中的為擺線與垂直方向的夾角。在小角度范圍內(nèi)測(cè)量時(shí)，可以認(rèn)為F與成線性關(guān)系如應(yīng)變式傾角傳感器就是基于此原理。2. 液體擺式傾角傳感器液體擺的結(jié)構(gòu)原理是在玻璃殼體內(nèi)裝有導(dǎo)電液，并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(dāng)殼體水平時(shí)，電極插入導(dǎo)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(shí)，電極之間會(huì)形成離子電流，兩根電極之間的液體相當(dāng)于兩個(gè)電阻RI和

3、RIII。若液體擺水平時(shí)，則RIRIII。當(dāng)玻璃殼體傾斜時(shí)，電極間的導(dǎo)電液不相等，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本保持不變。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)極則導(dǎo)電液增加，導(dǎo)電的離子數(shù)增加，而使電阻RIII 減少，即RIRIII。反之，若傾斜方向相反，則RIRIII。3. 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)生變化，并且熱線阻值的變化是角度q或加速度的函數(shù)，因而也具有擺的效應(yīng)。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。

4、“氣體擺”式慣性器件的敏感機(jī)理基于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(dāng)裝置通電時(shí)，對(duì)氣體加熱。在熱線能量交換中對(duì)流是主要形式。4. 固、液、氣體擺性能比較 在重力場(chǎng)中，固體擺的敏感質(zhì)量是擺錘質(zhì)量，液體擺的敏感質(zhì)量是電解液，而氣體擺的敏感質(zhì)量是氣體。氣體是密封腔體內(nèi)的唯一運(yùn)動(dòng)體，它的質(zhì)量較小，在大沖擊或高過載時(shí)產(chǎn)生的慣性力也很小，所以具有較強(qiáng)的抗振動(dòng)或沖擊能力。 但氣體運(yùn)動(dòng)控制較為復(fù)雜，影響其運(yùn)動(dòng)的因素較多，其精度無(wú)法達(dá)到軍用武器系統(tǒng)的要求。 固體擺傾角傳感器有明確的擺長(zhǎng)和擺心，其機(jī)理基本上與加速度傳感 器相同。在實(shí)用中產(chǎn)品類型較多如電磁擺式，其產(chǎn)品測(cè)量范圍、精度

5、及抗過載能力較高，在武器系統(tǒng)中應(yīng)用也較 為廣泛。 液體擺傾角傳感器介于兩者之間,但系統(tǒng)穩(wěn)定，在高精度系統(tǒng) 中，應(yīng)用較為廣泛。例：一種固體擺電容傾角傳感如圖所示，其敏感部分設(shè)計(jì)成圓弧形狀，盡管不是平行極板，但是擺錘與兩極板之間的間距是均勻一致的，絕緣層把圓弧分成X+極和X-極兩個(gè)獨(dú)立部分，且極板與擺錘的寬度是一樣的。這樣設(shè)計(jì)主要是利用擺錘受重力影響變化使擺錘與極板之間的覆蓋面積改變使傾斜角度的變化和電容量大小變化有很好的線性變化。在沒傾斜時(shí)，擺錘在兩極板的中間，即與X+極和X-極產(chǎn)生的電容量C0大小相等當(dāng)被測(cè)物發(fā)生傾斜時(shí)，即擺錘向左擺，X+極和擺錘的正對(duì)覆蓋面積增加，而X-極和擺錘的正對(duì)覆蓋面積

6、減小。這樣電容就發(fā)生了變化。 當(dāng)被測(cè)物沒傾斜時(shí)，兩極板和擺錘的電容為：當(dāng)被測(cè)物發(fā)生角度傾斜時(shí)，電極之間有效覆蓋面積的變化量為：所以變化前后的電容為： 三、傾角傳感器的應(yīng)用高層建筑安全監(jiān)測(cè) 目前世界上摩天大樓越來越多，為了監(jiān)測(cè)大樓的安全性能，可以應(yīng)用S 高精度傾角傳感器，高精度傾角傳感器可以感應(yīng)微小角度的變化， 可以 用于大樓擺幅、震動(dòng)、傾斜等監(jiān)測(cè)。 汽車四輪定位 隨著電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，汽車的安全性、舒適性和智能性越來越高。汽車側(cè)向傾斜角度傳感器的應(yīng)用是防止汽車在行駛中發(fā)生傾翻事過的一種有效方法。是提高汽車安全性的重要措施，特別是越野車。雙層客車等重心較高的 汽車更有必要性.輸電線鐵塔傾斜智

7、能監(jiān)測(cè) 輸電線鐵塔的倒塌事件時(shí)有發(fā)生，一旦發(fā)生倒塌，將會(huì)造成巨大的損失，傾角傳感器應(yīng)用于輸電線鐵塔傾斜角度監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電線傾斜角度，一旦因?yàn)榇箫L(fēng)等自然災(zāi)害導(dǎo)致傾斜角度過大，實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，由工作人員維修減少損失。大壩安全監(jiān)測(cè) 大壩垮塌事故已經(jīng)發(fā)生過，為了及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，減少財(cái)產(chǎn)損失，通過傾角傳感器的監(jiān)測(cè)、觀測(cè)儀器和設(shè)備，以及時(shí)取得反映大壩和基巖性態(tài)變化以及環(huán)境對(duì)大壩作用的各種數(shù)據(jù)的觀測(cè)和資料處理等工作。其目的是分析估計(jì)大壩的安全程度，以便及時(shí)采取措施，設(shè)法保 證大壩安全運(yùn)行傾角傳感器其他應(yīng)用 地理: 山體滑坡，雪崩 民用: 大壩，建筑，橋梁，玩具，報(bào)警，運(yùn)輸 工業(yè)：吊車，吊架，收割機(jī)，起重機(jī)，稱重系統(tǒng)的傾斜補(bǔ)償，瀝青 機(jī)鋪路機(jī)、