傾角傳感器又稱作傾斜儀、測斜儀、水平儀、傾角計，經常用于系統的水平角度變化測量，是一種非常精确的測量小角度的檢測工具，用它可測量被測平面相對于水平位置的傾斜度、兩部件相互平行度和垂直度；已成為橋梁架設、鐵路鋪設、土木工程、石油鑽井、航空航海、工業自動化、智能平台、機械加工等領域不可缺少的重要測量工具。

基礎原理 牛頓第二定律

根據牛頓第二定律基本的物理原理，在一個系統内部，速度是無法測量的，但卻可以測量其加速度。如果初速度已知，就可以通過積分計算出線速度，進而可以計算出直線位移。所以它其實是運用慣性原理的一種加速度傳感器。

當傾角傳感器靜止時也就是側面和垂直方向沒有加速度作用，那麼作用在它上面的隻有重力加速度；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。

随着自動化和電子測量技術的發展，傾角傳感器的種類也逐漸增多，從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”三種傾角傳感器，接下來小明就來分别介紹一下他們的工作原理。

①固體擺

這是一種在設計中廣泛采用力平衡式伺服系統，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 sinθ=mg sinθ。其中，θ為擺線與垂直方向的夾角。在小角度範圍内測量時，可以認為F與θ成線性關系，應變式傾角傳感器就基于此原理。

②液體擺

它的結構原理是在玻璃殼體内裝有導電液，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。當殼體水平時，電極插入導電液的深度相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時，電極之間會形成離子電流，兩根電極之間的液體相當于兩個電阻RI和RIII。若液體擺水平時，則RI＝RIII。

當玻璃殼體傾斜時，電極間的導電液不相等，三根電極浸入液體的深度也發生變化，但中間電極浸入深度基本保持不變。左邊電極浸入深度小，則導電液減少，導電的離子數減少，電阻RI增大，相對極則導電液增加，導電的離子數增加，而使電阻RIII 減少，即RI＞RIII。反之，若傾斜方向相反，則RI＜RIII。

③氣體擺

“氣體擺”式慣性元件由密閉腔體、氣體和熱線組成，當腔體所在平面相對水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時，熱線的阻值發生變化，并且熱線阻值的變化是角度q或加速度的函數，因而也具有擺的效應。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。

“氣體擺”式慣性器件的敏感機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。當裝置通電時，對氣體加熱。在熱線能量交換中對流是主要形式。

氣體擺式檢測器件的核心敏感元件為熱線。電流流過熱線，熱線産生熱量，使熱線保持一定的溫度。熱線的溫度高于它周圍氣體的溫度，動能增加，所以氣體向上流動。在平衡狀态時，如左上圖所示，熱線處于同一水平面上，上升氣流穿過它們的速度相同，即V1=V1，這時，氣流對熱線的影響相同，流過熱線的電流也相同，電橋平衡。當密閉腔體傾斜時，熱線相對水平面的高度發生了變化。

如右圖所示，密閉腔體中氣體的流動是連續的，所以熱氣流在向上運動的過程中，依次經過下部和上部的熱線。若忽略氣體上升過程中克服重力的能量損失，則穿過上部熱線的氣流已經與下部熱線的産生熱交換，使穿過兩根熱線時的氣流速度不同，這時V2>V2，因此流過兩根熱線的電流也會發生相應的變化，所以電橋失去平衡，輸出對應傾斜角度的電信号。

分析對比 固、液、氣體擺性能差異

基于固體擺、液體擺及氣體擺原理研制的傾角傳感器而言，它們各有所長。在重力場中，固體擺的敏感質量是擺錘質量，液體擺的敏感質量是電解液，而氣體擺的敏感質量是氣體。

氣體是密封腔體内的唯一運動體，它的質量較小，在大沖擊或高過載時産生的慣性力也很小，所以具有較強的抗振動或沖擊能力。但氣體運動控制較為複雜，影響其運動的因素較多，其精度無法達到軍用武器系統的要求。

固體擺傾角傳感器有明确的擺長和擺心，其機理基本上與加速度傳感器相同。在實用中産品類型較多如電磁擺式，其産品測量範圍、精度及抗過載能力較高，在武器系統中應用也較為廣泛。

液體擺傾角傳感器介于固體擺和氣體擺之間，其系統穩定，在高精度系統中，應用較為廣泛。

明治傳感是工業光電技術和AI傳感專家，我們彙聚了一批業界資深的科學家和工程師，不僅設計高品質傳感産品，更創造科技發展新未來。

凝聚先進的工藝和制程，以熱愛煥發科技智造的生命力，在AI4.0時代，為讓用戶成為智慧工業和萬物互聯的行業領先者這一使命提供支持。

從精密定位到位移測量産品，從AI圖像識别到區域安全方案，超60個國家的16000家制造商、供應商和集成商選擇了我們的産品以确保所生産的産品符合用戶的質量要求。

我們以志奮領精神重新定義“中國制造”新高度，每一次的創新都在踐行感煥萬物的理想，每一次的應用都是煥然新生的智造新體驗。

明治之選，智造之悅。

想了解更多請關注我們：明治傳感器

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!