易学易用｜倾角传感器天旋地转中保持清醒的秘诀是？

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来源: ifm易福门电子作者: ifm易福门电子时间：2023-02-22 14:51:53点击：1078

上一期易学易用给大家留下的题目是：这款传感器的基础知识是空间自由度，这款传感器是？在公布答案前共有6位朋友答对了，本期就将为大家介绍倾角传感器！

机器或机器部件的水平对齐是可靠运行的重要前提，倾角传感器有助于对准角度或确定机器的位置。对倾角的测量实际上包含以下情况：倾斜、翘起、梯度、下倾、降落、坡度、绕射、弯曲、下降。严格地说，被称为倾角传感器的实际上是加速度传感器。目前市面上大多数倾角传感器都采用MEMS 技术。

MEMS技术

当今市场上的大多数倾角传感器（也称为测斜仪、倾斜或斜率传感器）都具有多轴 MEMS（微机电系统）加速度计。这些类型的测量元件非常小、精确且坚固，而且无磨损并且免维护。

1) 带电极和弹簧的移动质量块（惯性质量）

2）固定电极

MEMS测量单元由两个主要部件组成 —— 一个可移动的电子部件和一个固定的机械部件。

可移动部分由一个质量块组成，质量块的外缘由弹簧悬挂着电极。

固定部分由固定电极组成。

彼此以极小的间距排列形成一个“梳子”。

当传感器处于水平位置时，传感器的z轴通常平行于地球矢量。因此，它的值是“绝对”零。如果传感器向一个方向倾斜，内部的可移动块及其电极将改变相对于固定电极的位置。

1）运动（加速度）

2) 梳状电极彼此之间的距离约为1.3 µm

这两个电极之间的电容变化由测量单元检测并用于计算最终角度值。

倾角传感器可划分为静态和动态两种，适用于不同的应用环境，ifm根据用户需求提供合适的系列产品。

静态倾角传感器

此类倾角传感器主要用于剪刀式升降机等静态或准静态应用。这种机器需要很高的静态精度，但是传感器受到的振动很小。在外部加速度更频繁的应用中，可以使用软件滤波器来平滑传感器信号。

此类传感器的数字滤波器通常是“移动平均”滤波器。缺点是，虽然这些值看起来更加稳定，但传感器的响应时间会受到影响。在极端情况下，必须找到稳定性和响应时间之间的权衡。

ifm提供的JN系列静态倾角传感器

机器或机器部件的水平对齐通常是可靠运行的重要要求。基于静态测量原理的倾角传感器设计用于固定式移动机械的角度位置检测或水平调整。

它们通常用于工作平台上的位置检测或移动式起重机或挖掘机的水平调整。工业应用包括太阳能电池板跟踪系统。

JNxxx0型号产品具备的附加功能

· 集成的MEMS测量单元可以并行（通过 CANopen 和 J1939）或串行（通过 IO-Link）转换加速度计的所有原始3D数据成为2D倾角数据。

· 可以直接读取三个轴的计算特征值，例如振动速度[v-RMS]和振动加速度[a-Peak]。

· 可以通过设置预定义的滤波器级别（例如 0.1-10Hz）和轴的选择以适合应用需求。

· 测量单元的低频检测范围使其能够检测符合ISO4866的结构振动或塔架振动或符合ISO10816的监测机器。

· 典型应用是冷却塔和风塔或地震检测系统。

静态倾角传感器的限制

在具有强烈冲击和振动的静态应用中，测量信号的软件滤波或阻尼可能不够。此外，由于应用的原因，信号稳定性和响应时间之间的折衷通常是不可能的。另外，车辆在启动和制动瞬间的加速度会对测量结果产生重大影响，因为静态倾角传感器无法区分实际加速度、地球重力（参考）和上述动作引起的外部加速度。该偏差取决于相应加速度的强度和速度。

对于此类应用，建议使用加速度补偿（动态）倾角传感器。它们基于更先进的相较于准静态倾角传感器的技术。