倾角传感器三种工作原理及其区别是什么，倾角传感器三种工作原理及其区别

很多朋友对倾角传感器三种工作原理及其区别是什么，倾角传感器三种工作原理及其区别不是很了解，艾巴小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

倾斜传感器可用于测量相对于水平面的倾斜变化。理论基础是牛顿第二定律。根据基本的物理原理，在一个系统中，速度是不可测量的，但它的加速度是可以测量的。如果知道初速度，就可以通过积分计算出出口速度，进而计算出线位移。所以它实际上是一个利用惯性原理的加速度传感器。

当倾斜传感器处于静止状态时，即横向和垂直方向都没有加速度，那么只有重力加速度作用于其上。重力垂直轴和加速度传感器的敏感轴之间的角度是倾斜角。

随着MEMS技术的发展，惯性传感器件已经成为近年来最成功、应用最广泛的MEMS器件之一，而微加速度计就是惯性传感器件的杰出代表。MEMS加速度计作为最成熟的惯性传感器应用，现在已经有了非常高的集成度，即将传感系统和接口电路集成在一个芯片上。

该倾角传感器将MCU、MEMS加速度计、模数转换电路和通信单元集成在一个非常小的电路板上。可以直接输出角度等倾斜数据，方便人们使用。其特征在于硅微机械传感器(MEMS)以水平面为参考面测量双轴倾角的变化。输出角度基于水平面，基准面可以再次校准。数据输出，接口形式包括RS232、RS485，可定制。抗外界电磁干扰能力强。

承受10000G的冲击振动g一、倾角传感器原理倾角传感器常用于系统的水平测量，按工作原理可分为固体摆、液体摆、气体摆三种倾角传感器。这里介绍一下它们的工作原理。1、“固体摆”惯性器件在固体摆的设计中广泛采用力平衡伺服系统，如图1所示，由摆体、摆线和支架组成。摆受到重力G和摆张力T的作用，其合力F为：(1)

其中是摆线和垂直方向之间的夹角。在小角度范围内测量时，可以认为f与成线性关系。例如，应变式倾斜传感器就是基于这一原理。2、“液体摆”惯性装置

液体摆的结构原理是在玻璃外壳内填充导电液体，外部连接三个铂电极，三个电极相互平行，间距相等，如图2所示。当壳体水平时，电极插入导电液体的深度是相同的。如果在两个电极之间施加等幅的交流电压，电极之间就会形成离子电流，两个电极之间的液体就相当于两个电阻RI和RIII。如果液体摆是水平的，ri=riii。

当玻璃外壳倾斜时，电极之间的导电液体不相等，三个电极的浸入深度发生变化，但中间电极的浸入深度基本保持不变。如图3所示，当左电极的浸入深度较小时，导电液体减少，导电离子数量减少，电阻RI增加，而对电极增加导电液体，导电离子数量增加，电阻RIII减少，即RI >RIII。另一方面，如果倾斜方向相反，RI

在液体摆的应用中，液体位置的变化引起应变片的变化，引起输出电信号的变化，感知倾斜角度的变化。除了这种类型，还有一种“液体摆”，在电解质溶液中留下气泡，当设备倾斜时，气泡会移动以改变电容并诱导倾斜角。3、“气体摆”惯性装置

当气体被加热时，它受到浮力的影响。像固体摆和液体摆的敏感质量一样，热空气总是尽量保持在垂直方向，所以也具有摆的特性。“气体摆”惯性元件由一个封闭的腔体、气体和一根热线组成。当腔体的平面相对于水平面倾斜或腔体受到加速度时，热线的电阻发生变化，热线电阻的变化是角度q或加速度的函数，所以也有摆效应。

其中，热线电阻的变化是由气体和热线之间的能量交换引起的。

“气体摆”惯性器件的敏感机理是基于封闭腔体内的能量传递，腔体内有气体和热丝，热丝是唯一的热源。当设备通电时，气体被加热。对流是热线能量交换的主要形式。对流传热的方程为：(2)其中：h-传热系数(w/m2k)，s-热线表面积(m2)，th-热线温度(k)，ta-气体温度(k)。

传热系数H与导热系数、动力粘度、流体速度和热线直径有关，表示为：(3)其中：Nu为努塞尔数，L为导热系数(W/mK)，Re-雷诺数，U为流体速度(m2/s)，D为热线直径(。当气流以速度u垂直通过热线时，(4)将公式(4)代入公式(3): (5)根据热平衡方程，所以：(6)假设和S不变，则有：(7)。

从公式(7)可以看出，当流体的动力粘度、密度和导热特性不变时，如果热丝周围的流体速度不同，流过热丝的电流也不同，从而引起热丝两端的电压相应变化。气体摆惯性装置是根据一个原理研制的。

气体摆式检测装置的核心敏感元件是热线。电流流过热线，产生热量，使热线保持一定的温度。热丝的温度高于周围气体的温度，动能增加，气体向上流动。在平衡状态下，如图4(a)所示，热丝在同一水平面上，通过它们的上升气流速度相同，即v1=v1’。此时气流对热线的影响是一样的，从公式(7)可以看出，流过热线的电流是一样的，电桥是平衡的。

当封闭空腔倾斜时，热丝相对于水平面的高度发生变化，如图4(b)所示。由于封闭腔体内的气体流动是连续的，热气流在向上运动的过程中依次通过下部和上部的热丝。

如果忽略气体上升过程中克服重力的能量损失，通过上面的热丝的气流已经与下面的热丝进行了热交换，使得气体通过两根热丝时的流速不同。这时V2 >V2，所以流过两根热丝的电流也会相应变化，于是电桥失去平衡，输出一个电信号。倾斜角度不同，输出的电信号也不同。

固体摆、液体摆、气体摆的性能比较二、就基于固体摆、液体摆、气体摆原理的倾角传感器而言，各有优势。重力场中，固体摆的敏感质量是摆质量，液体摆的敏感质量是电解液，气体摆的敏感质量是气体。

气体是密封腔内唯一的运动体，质量小，在受到较大冲击或高过载时惯性力也小，因此具有较强的抗振动或冲击能力。但是气体运动的控制比较复杂，影响其运动的因素很多，其精度不能满足军用武器系统的要求。

固体摆倾角传感器有明确的摆长和摆心，其机理基本上与加速度传感器相同。在实用中产品类型较多如电磁摆式，其产品测量范围、精度及抗过载能力较高，在武器系统中应用也较为广泛。

液体摆倾角传感器介于两者之间，但系统稳定，在高精度系统中，应用较为广泛，且国内外产品多为此类。

以上就是关于倾角传感器三种工作原理及其区别是什么，倾角传感器三种工作原理及其区别的知识，希望能够帮助到大家！