测角传感器:倾角传感器

2021/11/06 20:25 · 传感器知识资讯 ·  · 测角传感器:倾角传感器已关闭评论
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测角传感器:倾角传感器

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倾角传感器
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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。
中文名
倾角传感器
用 途
用于系统的水平测量
基本原理
理论基础是牛顿第二定律
发展历史
随着MEMS 技术的发展
目录
1
基本原理
2
发展历史
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特点
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用途
3
应用场合
4
应用特点
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滤波功能
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倾角测量
5
应用案例
倾角传感器基本原理
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倾角传感器
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,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)。
倾角传感器发展历史
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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。
倾角传感器特点
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G。
倾角传感器用途
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。
倾角传感器应用场合
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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
倾角传感器应用特点
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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,与加速度传感器完全兼容。
双轴倾角传感器
倾角传感器可以调节输出频率,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。
倾角传感器滤波功能
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。
倾角传感器倾角测量
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。
倾角传感器应用案例
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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。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。
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上海直川电子科技有限公司
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2021-03-300
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SCL3300-D01现货Murata一级代理商三轴数字输出倾角传感器
SCL3300-D01现货一级代理商三轴数字输出倾角传感器[供电电压] 3V~3.6V[输出方式] Digital[轴数] X/Y/Z[输出接口] SPI[封装] 12-SMD[型号] SCL3300-D01[测量范围] ±1.8g,±3.6g[灵敏度] 6000Count...
2021-04-290
直川科技
上海直川电子科技有限公司
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2021-05-170
智腾微电子
青岛智腾微电子有限公司
学习帖,各类倾角传感器工作原理大全
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2020-03-190
朱工说电路
别具一格的电路设计思维!
0-5V/0-10V和4-20mA在倾角传感器中的使用
倾角传感器又称作倾斜仪、测斜仪、水平仪、倾角计,经常用于系统的相对角度变化测量,例如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。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...
2020-11-030
测角传感器:倾角传感器  第2张

测角传感器:常见测量角位移的传感器

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测角传感器:用于角位移测量的传感器


51

Int.CI?
?
权利要求说明书
说明书
幅图
?

54
)发明名称
?
?
用于角位移测量的传感器
?

57
)摘要
?
?
本实用新型提出一种用于角位移测量
的传感器,属于位移精密测量装置。传感器
具有外圆基体和内圆基体构成绕制线圈的骨
架,在外圆基体的内周壁和内圆基体的外周
壁上等分开槽;其特征在于一基体上绕有激
励线圈,另一基体上绕有感应线圈;感应线
圈与激励线圈相对运动;激励线圈连接激励
电源,激励信号和感应线圈输出的电信号分
别连接到放大电路,再经整形电路整形后,
由数字比相器进行相位比较;两路信号的相
位差由插补的时钟脉冲个数表示,再换算成
?
测角传感器:倾角传感器  第3张

测角传感器:角度传感器

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角度传感器
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角度传感器,顾名思义,是用来检测角度的。它的身体中有一个孔,可以配合乐高的轴。当连结到RCX上时,轴每转过1/16圈,角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时,计数增加,转动方向改变时,计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时,它的计数值被设置为0,如果需要,你可以用编程把它重新复位。
中文名
角度传感器
外文名
angular transducer
用 途
检测角度
应用场合
地理、民用、工业等
应用举例
吊车,吊架,收割机等
目录
1
概述
2
举例
3
方位角度传感器
4
应用领域
5
应用场合
角度传感器概述
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语音
你可以很容易的测出位置和速度。当在机器人身上连接上轮子(或通过齿轮传动
角度传感器
来移动机器人)时,可以依据旋转的角度和轮子圆周数来推断机器人移动的距离。然后就可以把距离转换成速度,你也可以用它除以所用时间。实际上,计算距离的基本方程式为:
距离=速度×时间
由此可以得到:
速度=距离/时间
角度传感器举例
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如果把角度传感器连接到马达和轮子之间的任何一根传动轴上,必须将正确的传动比算入所读的数据。举一个有关计算的例子。在你的机器人身上,马达以3:1的传动比与主轮连接。角度传感器直接连接在马达上。所以它与主动轮的传动比也是3:1。也就是说,角度传感器转三周,主动轮转一周。角度传感器每旋转一周计16个单位,所以16*3=48个增量相当于主动轮旋转一周。我们需要知道齿轮的圆周来计算行进距离。幸运地是,每一个LEGO齿轮的轮胎上面都会标有自身的直径。我们选择了体积最大的有轴的轮子,直径是81.6CM(乐高使用的是公制单位),因此它的周长是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM。已知量都有了:齿轮的运行距离由48除角度所记录的增量然后再乘以256。我们总结一下。称R为角度传感器的分辨率(每旋转一周计数值),G是角度传感器和齿轮之间的传动比率。我们定义I为轮子旋转一周角度传感器的增量。即:
I=G×R
在例子中,G为3,对于乐高角度传感器来说,R一直为16.因此,我们可以得到:
I=3×16=48
每旋转一次,齿轮所经过的距离正是它的周长C,应用这个方程式,利用其直径,你可以得出这个结论。
C=D×π
在我们的例子中:
C=81.6×3.14=256.22
最后一步是将传感器所记录的数据-S转换成轮子运动的距离-T,使用下面等式:
T=S×C/I
如果光电传感器读取的数值为296,你可以计算出相应的距离:
T=296×256.22/48=1580 距离(T)的单位与轮子直径单位是相同的.
无接触角度传感器
无触点角度传感器,又称无接触电位器,广泛应用于工业自动化设备、工程机械、纺织机械、造纸印刷机械、石化设备、国防工业等自动控制设备的水平和旋转角度的测量,也适用于拉丝机等作张力传感器。
角度传感器方位角度传感器
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方位角又称地平经度,是在平面上量度物体之间的角度差的方法之一。传感器测量方位角是从某点的指北方向线起,依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角,是一种两面角,即午圈所在的平面与通过天体所在的地平经圈平面的夹角,以午圈所在的平面为起始面,按顺时针方向度量。方位的度量亦可在地平圈上进行,以南点为起算点,由南点开始按顺时针方向计量。方位的大小变化范围为0°~360°,南点为0°,西点为90°,北点为180°,东点为270°。上述这种方位度量是在天文学中所用的方法。
  方位角传感器在跟随着军事技术的发展,有着高科技作战的性能。传感器测试系统的信息化是实现中国军队装备现代化建设主要途径,当务之急应该用高新技术提升老装备的性能。这既是提升现有武器装备的一个重要环节,又是最大限度地发挥现有装备整体作战效能的一个重要因素。我国现役的炮塔方位角系统中.老型号较多,大部分没有配备自动检测和录取设备。炮塔方位角系统的各种参数的计算、数据的处理和上报大多数由人工进行,难以胜任复杂环境下快速、准确采集。为适应现代化炮塔方位角系统的要求,必须具有一套自动采集和分析能力的完整测试系统。
角度传感器应用领域
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在程序不仅仅会用到乘法和除法的数学运算,还有更多的需要多留心(有关内容我们将在第12章进行进一步的讨论)。
使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单:如果马达
角度传感器构造
运转,而齿轮不转,说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单,而且非常有效;唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑(或者说打滑次数太多),否则你将无法检测到障碍物。如果是一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题,这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它:在驱动轮旋转的过程中,如果惰轮停止了,说明你碰到障碍物了。
在许多情况下角度传感器是非常有用的:控制手臂,头部和其它可移动部位的位置。值的注意的是,当运行速度太慢或太快时,RCX在精确的检测和计数方面会受到影响。事实上,问题并不是出在RCX身上,而是它的操作系统,如果速度超出了其指定范围,RCX就会丢失一些数据。Steve Baker用实验证明过,转速在每分钟50到300转之间是一个比较合适的范围,在此之内不会有数据丢失的问题。然而,在低于12rpm或超过1400rpm的范围内,就会有部分数据出现丢失的问题。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范围内时,RCX也偶会出现数据丢失的问题。
[1]
角度传感器在军事上的应用
大家熟知的火炮是利用火药燃气压力等能源抛射弹丸,口径等于和大于20毫米的身管射击武器。火炮通常由炮身和炮架两大部分组成。早在1332年,中国的元朝就在部队中装备了最早的金属身管火炮:青铜火铳。火炮通常由炮身和炮架两大部分组成。火炮射击时对炮床倾角的要求很高,利用角度传感器设计的数字式象限仪,可明显提高校正炮床的速度,降低操作难度。
角度传感器是作为炮弹发射的准确性,稳定性提供最大的帮助。大家都知道火炮身管用来赋予弹丸初速和飞行方向,炮尾用来装填炮弹,炮闩用以关闭炮膛,击发炮弹。如今炮架由反后坐装置、方向机、高低机、瞄准装置、大架和运动体,角度传感器等组成,而反后坐装置用以保证火炮发射炮弹后的复位,方向机和高低机用来保证火炮发射炮弹后复位,方向机和高低机用来操纵炮身变换方向和高低,瞄准装置由角度传感器,瞄准具和瞄准镜组成,用以装定火炮射击数据,实施瞄准射击,大架和运动体用于射击时支撑火炮,行军时作为炮车。
角度传感器应用场合
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系列倾角,角度传感器,距离传感器,加速度传感器,以及测量方位用的数字罗盘,电子罗盘和陀螺仪已经广泛的应用应用于石油,煤炭,钢铁,船舶,隧道,医疗设备,大坝,机械,物探仪器,地质,岩土,石油,矿山,管道,测斜导管,铁路、港口、水利、高层建筑,墙洞,矿井、隧道、船坞、抗滑桩和板桩,煤矿,动态冲击实验,地质,卫星GPS系统,风水,越野车,航海,实验仪器,数字水平仪,医疗,机械调平,角度测量和监视,汽车,起重机械运动检测,康复系统,生物工程系统,虚拟现实、现实放大,体育,惯性导航系统,人体姿态测量工业机械,摩托车陀螺仪,光纤,制导,平衡,导向,方向测量,动态跟踪,捷联,惯性,导航,方位角,角速度,速率,机械,爆转,测量等行业。
典型应用场合:
- 地理: 山体滑坡,雪崩.
- 民用: 大坝,建筑,桥梁,玩具,报警,运输
- 工业:吊车,吊架,收割机,起重机,称重系统的倾斜补偿,沥青机.铺路机等。
- 火车:高速列车转向架和客车车厢的倾斜测量
- 海事:纵倾和横滚控制,油轮控制,天线位置控制。
- 钻井:精确钻井倾斜控制。
- 机械:倾斜控制,大型机械对准控制,弯曲控制,起重机
- 军用:火炮和雷达调整,初始位置控制,导航系统,军用着陆平台控制。
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参考资料
1.

张爱华, 姚海燕. 角度传感器在全位置自动焊接系统中的应用[J]. 计算机测量与控制, 2009, 17(12):2426-2428.

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