傾斜傳感器原理

更新時間：2024-11-22

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傾斜傳感器是一種通過在物體傾斜時產(chǎn)生電輸出來檢測物體傾斜的裝置。由于傾斜可能沿一軸、二軸和三軸發(fā)生，因此根據(jù)要檢測的傾斜軸的數(shù)量選擇傾斜傳感器非常重要。

此外，近年來，傾斜傳感器已從常用的在檢測到傾斜時打開和關(guān)閉的開關(guān)型傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合傳感技術(shù)的傳感器。傾斜傳感器的傾斜檢測方法包括電解質(zhì)型和MEMS型，這兩種方法從一開始就被使用。近年來，MEMS方法在精度和響應(yīng)時間方面已成為主流。

1.電解質(zhì)傾斜傳感器（電容傾斜傳感器）

電解質(zhì)型傾斜傳感器利用液體表面始終水平的特性，并通過電容的變化來檢測液體的傾斜。具體而言，將電解液（導(dǎo)電性液體）封入到具有長度的一半程度的深度的空腔的筒體內(nèi)，并且將在長度方向上相對的電極板密封。

換句話說，相應(yīng)的電極大約其一半長度浸入電解質(zhì)中。當(dāng)圓柱體沿其長度傾斜，同時在電極板之間施加電壓時，空腔中的電解質(zhì)保持水平，導(dǎo)致浸入液體中的相對電極部分的差異，電路中的內(nèi)阻發(fā)生變化。。電解質(zhì)傾斜傳感器的傾斜檢測是通過檢測該電路的內(nèi)阻變化并將其轉(zhuǎn)換為角度來執(zhí)行的。

但缺點是響應(yīng)時間比較慢，液位容易受振動影響。電解質(zhì)傾斜傳感器可以通過布置兩對彼此垂直的檢測電極來檢測兩個軸上的傾斜。

2. MEMS（微機電系統(tǒng)）傾斜傳感器

MEMS傾斜傳感器是利用微機電系統(tǒng)技術(shù)的傾斜傳感器。通過因傾斜而導(dǎo)致的部件彎曲來檢測傾斜，從而產(chǎn)生電輸出。 MEMS傾斜傳感器具有固定在主體內(nèi)部的一對固定電極以及由彈簧支撐在該對固定電極之間的可動電極。

當(dāng)MEMS傾斜傳感器繞固定電極和可動電極的支撐方向傾斜時，固定電極不移動而可動電極沿傳感器傾斜的方向移動。即，各固定電極與可動電極之間的電容發(fā)生變化。 MEMS 傾斜傳感器的機制是檢測電容的變化并將其轉(zhuǎn)換為角度。

通過將可移動電極垂直于 XY 方向放置并將每個電極夾在一對固定電極之間，可以檢測兩個軸的傾斜。

3.其他方法

傾斜傳感器中使用的其他方法包括擺錘和石英。

擺式傾斜傳感器

擺錘型傾斜傳感器在主體內(nèi)部具有擺錘和磁阻元件等檢測部。擺錘傾斜傳感器檢測主體傾斜時擺錘運動引起的磁場變化，并將其計算為傾斜角度。

晶體傾斜傳感器

晶體傾斜傳感器是一種利用晶體振蕩器特性的高靈敏度傾斜傳感器。由晶體制成的懸臂和保持部在一端彼此相對地固定，并且電極設(shè)置在懸臂和保持部的每一個上。

當(dāng)傳感器傾斜時，保持部分不會彎曲，而懸臂會彎曲。當(dāng)懸臂彎曲時，電極板之間的距離發(fā)生變化，電容也發(fā)生變化，而晶體傾斜傳感器的機制是測量電容作為頻率的變化。電容到頻率的轉(zhuǎn)換是通過將傾斜傳感器與晶體振蕩器和振蕩電路相結(jié)合來實現(xiàn)的。