淺談角度傳感器的應用

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】傳感器事業(yè)部，張工。

概述：角度傳感器是用來檢測與角度相關的各種參數(shù)（角位移、角加速度等）的傳感器。

應用

角度測量是幾何測量的重要組成部分。 角度量的范圍很廣。 平面角可分為水平面的水平角（或方位角）、垂直面的垂直角（或傾角），空間角是水平角和垂直角的合成； 按范圍可分為圓形分度角和小角； 按標稱值可分為固定角度和任意角度； 按元件單位可分為線角和面角； 按形成方式可分為固定角度角度和動態(tài)角度，固定角度是指加工或組裝的部件的角度、儀器旋轉(zhuǎn)后返回靜止狀態(tài)時的角度位置等； 動態(tài)角是指物體或系統(tǒng)在運動過程中的夾角，如衛(wèi)星軌道與地球赤道面的夾角，精密設備主軸旋轉(zhuǎn)時的軸角漂移，實際 角度測量設備以一定的角速度和角加速度運動時輸出的時間角度信號。

角度傳感器廣泛應用于石油、煤炭、鋼鐵、船舶、隧道、醫(yī)療器械、水壩、機械、物探儀器、地質(zhì)、巖土、石油、礦山、管道、測斜儀、鐵路、港口、水利、高層建筑、 墻洞、礦山、隧道、碼頭、防滑樁和板樁、煤礦、動力沖擊實驗、地質(zhì)、衛(wèi)星GPS系統(tǒng)、風水、越野車、導航、實驗儀器、數(shù)字水準儀、醫(yī)療、機械水準測量 ， 角度測量與監(jiān)控， 汽車， 起重機械運動檢測， 康復系統(tǒng)， 生物工程系統(tǒng)， 虛擬現(xiàn)實， 現(xiàn)實變焦， 運動，慣性導航系統(tǒng)， 人體姿態(tài)測量， 工業(yè)機械， 摩托車陀螺儀， 光纖， 制導， 平衡， 定向， 方向測量、動態(tài)跟蹤、捷聯(lián)、慣性、導航、方位角、角速度、測速、機械、爆炸、測量等行業(yè)。

分類

按輸入物理量可分為：傾角傳感器、角速度傳感器、角加速度傳感器等。

1、傾角傳感器

傾角傳感器又稱傾角儀、測斜儀、水平儀、傾角儀，常用于測量系統(tǒng)水平角的變化。 傾角傳感器用于測量角度的各種應用。 例如高精度激光儀器水準測量、工程機械設備水準測量、遠距離測距儀器、高空平臺安全防護、定向衛(wèi)星通信天線俯仰角測量、船舶導航姿態(tài)測量、盾構頂管應用、大壩檢測、 地質(zhì)裝備傾斜監(jiān)測、炮管初發(fā)角測量、雷達車平臺探測、衛(wèi)星通信車姿態(tài)探測等。

2、角速度傳感器又稱陀螺儀，是利用高速旋轉(zhuǎn)體的動量矩敏感殼繞與旋轉(zhuǎn)正交的一或二軸相對慣性空間的角運動檢測裝置 軸。 這是一個機械陀螺儀。

3、角加速度傳感器是指能夠測量角加速度并將測量結果轉(zhuǎn)換成可用的模擬或數(shù)字信號的儀器。 廣泛應用于無人機、軍工、水壩、建筑、玩具、汽車、鐵路、地質(zhì)儀器、建筑儀器等。

選型指南

1.靈敏度的選擇

一般來說，在角度傳感器的線性范圍內(nèi)，角度傳感器的靈敏度越高越好。 因為只有在靈敏度高的情況下，輸出信號對應于被測變化的值才比較大，有利于信號處理。 但需要注意的是，傳感器的靈敏度高，與測量無關的外部噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。 因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，以盡量減少外界引入的干擾信號。
傳感器的靈敏度是定向的。 當被測量為單向量時，其方向性要求較高時，應選擇其他方向靈敏度較小的傳感器； 如果被測量是多維向量，則傳感器的交叉靈敏度越小越好。

2.頻率響應特性

角度傳感器的頻率響應特性決定了要測量的頻率范圍，測量條件必須保持在允許的頻率范圍內(nèi)不失真。 其實傳感器的響應總是有一定的延遲的，希望延遲時間越短越好。
傳感器的頻率響應高，可測信號的頻率范圍寬，并且由于結構特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性大，傳感器可測信號的頻率低。 在動態(tài)測量中，響應特性應根據(jù)信號的特性（穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等）來避免過大的誤差。

3. 線性范圍

角度傳感器的線性范圍是輸出與輸入成比例的范圍。 理論上，在這個范圍內(nèi)，靈敏度保持不變。 傳感器的線性范圍越寬，其量程越大，并能保證一定的測量精度。 在選擇傳感器時，在確定傳感器的類型時，首先要看其量程是否滿足要求。
但實際上，沒有一個傳感器可以保證絕對的線性，它的線性也是相對的。 當所要求的測量精度比較低時，在一定范圍內(nèi)，非線性誤差較小的傳感器可以近似視為線性，這會給測量帶來很大的方便。

4. 穩(wěn)定性

傳感器在一段時間內(nèi)保持其性能不變的能力稱為穩(wěn)定性。 除了傳感器本身的結構外，影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素主要是傳感器的使用環(huán)境。 因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須具有很強的環(huán)境適應性。
此外，在選擇角度傳感器前，應考察使用環(huán)境，根據(jù)具體使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當措施減少對環(huán)境的影響。

注意事項

傾角安裝注意事項：

安裝傳感器時，不正確的安裝會導致測量角度誤差較大。 為保證“兩側”和“兩條線”的正確安裝，安裝時請注意以下兩點：

1、“兩側”是指傳感器的安裝面完全靠近被測物的安裝面（被測物的安裝面應盡量水平）。

有夾角（如圖A中的角a）。 正確的安裝方法如圖B所示。

2、“兩條線”是指傳感器的軸線與被測面的軸線平行，兩條軸線不能有夾角（如圖C中的角度b）。 正確的安裝方法如圖 D 所示。