测斜传感器 ADALM2000实验：双轴倾斜传感器

发布时间：2025-01-19 20:01:39

ADALM2000实验：双轴倾斜传感器

本次实验的目标是使用ADXL327构建一个简单的倾斜传感器，并观察输出电压如何随x轴和y轴上的倾斜度而变化。

使用ADXL327的倾斜传感器

背景知识

倾斜传感器用于测量参考平面的多个轴上的倾斜度。这些传感器可产生与相对于轴的倾斜度成比例的电信号。倾斜位置参考重力进行测量，通过倾斜位置就可以轻松检测方向或倾斜度。

在本次实验中，我们将使用ADXL327加速度计监测x和y两个轴上的倾斜度。该集成电路的功能框图如图1所示。

图1.ADXL327的功能框图

ADXL327是一款完整的小尺寸、低功耗、三轴加速度计，提供经过信号调理的电压输出，它可以测量倾斜检测应用中的静态重力加速度，以及运动、冲击或振动导致的动态加速度。输出信号为模拟电压，与加速度成比例。ADXL327采用单一结构检测x、y和z轴。因此，这三个轴的检测方向具有很高的正交特性且跨轴灵敏度很低。

图2.加速度灵敏度轴

材料

► ADALM2000主动学习模块

► 无焊试验板和跳线套件

► 一个ADXL327加速度计

► 两个0.047μF电容

► 一个0.1 μF电容

► 两个AD8561比较器

► 四个LED

► 四个100 Ω电阻

图3.ADXL327倾斜传感器试验板连接

硬件设置

首先，在无焊试验板上构建图1所示的电路。将CDC电容放置在ADXL327电源引脚附近，以使加速度计充分退耦，从而消除电源噪声。对于大多数应用，单个0.1 μF电容比较适当。XOUT和YOUT引脚必须添加电容，以便利用低通滤波实现抗混叠和噪声抑制。请参阅ADXL327数据手册，了解如何选择这些电容的值。对于此应用，可以使用0.047 μF滤波电容。试验板连接如图3所示。

程序步骤

打开3 V正电源，监视示波器通道1上的XOUT和通道2上的YOUT。在所有电源电压下，零g偏置输出标称值等于VS/2。在本例中，可看到大约1.5 V的偏置信号。如果在x或y轴上以不同角度倾斜试验板，输出电压将随着检测到的运动成比例地增大或减小。

图4.零g偏置输出

带LED指示灯的倾斜传感器

背景知识

我们在示波器上监测ADXL327加速度计的输出电压。使用AD8561比较器和LED，可以使倾斜传感器在倾斜度发生变化或检测到振动时发送光信号。每个轴使用一个AD8561比较器。两个轴上的零g偏置输出相似，并且将作为两个比较器的基准。比较器的两路输出上各连接一个LED。两个输出信号相反，因此一次只有一个LED激活。

图5.带LED的倾斜传感器的电路原理图

图6.带LED的倾斜传感器的试验板连接

硬件设置

在无焊试验板上，为加速度计的每路输出添加两个比较器和两个LED（带有相应的限流电阻）。电路原理图如图5所示，试验板连接如图6所示。

程序步骤

在这种情况下，我们需要将两个比较器的电源V+和V-设置为±5 V。信号发生器通道1 (W1)将设置为恒定的3 V波形，并用作ADXL327的VS。信号发生器的第二通道(W2)将用作比较器的基准输入，其值必须设置为大约等于零g输出偏置。此值之前已针对加速度计的两路输出进行过测量（图4）。这样，每次检测到倾斜度变化且电压改变时，比较器的输出都会改变其状态，从而相应地点亮LED。示波器只有两个通道可用，因此我们可以一次分析加速度计的一个输出电压，但LED会亮起并指示x轴和y轴有变化。XOUT连接到通道1，W2生成的基准电压连接到通道2。

图7.零g偏置XOUT和基准

如果在x轴上向右倾斜试验板，比较器的输入电压将低于基准电压，因此/OUT引脚将处于高电平，从而点亮相应的LED。

图8.x轴向右倾斜对应的电压

如果倾斜方向相反，即向左倾斜，则比较器的输入电压高于基准电压，OUT引脚变为高电平，与其连接的LED点亮。

图9.x轴向左倾斜对应的电压

问题：

1. 改变CDC的值会对电路产生什么影响？

2. 用户为什么要限制带宽？限制XOUT、YOUT和ZOUT带宽的标准是什么？

您可以在学子专区论坛上找到问题答案。

岩土工程建设中常用的3种测斜仪，你了解多少？

在岩土工程建设中，利用测斜仪采集岩土深层的位移数据，分析得出相应报表，用于分析工程过程中的安全性、稳定性，确保工程能够长期稳定的运行，在实际应用中取得了良好效果。

建筑工程

测斜仪被广泛应用于水利水电、矿产冶金、交通与城建岩土工程领域中，用于监测地下岩土深层水平位移、桥梁挠度，以及不稳定边坡潜在滑动面的移动等，在保证岩土工程设计、工程施工及其运行的安全防范中，发挥了重要的作用。

目前测斜仪主要分为滑动式测斜仪、固定式测斜仪、柔性测斜仪 这三种，这三种测斜仪主要的区别在于测量方式、数据采集方式、数据分析方式、数据时效性等方面。

柔性测斜仪

柔性测斜仪，也称为陈列式测斜仪，可根据工程现场的实际需要定制传感器的线缆，传感器之间采用柔性接头连接，有多种长度规格，可适应较大的角度变化，以适应不同行业应用需求，是目前使用较为广泛的测斜仪器。

柔性测斜仪

柔性测斜仪造价相对较低，但劣势是体积较为庞大和笨重，在安装和使用过程中，需要花费较大的人力物力，且在地形陡峭处安装时难以处理。

活动式测斜仪

活动式测斜仪，也称便携式测斜仪，是目前应用比较广的测斜仪仪器。

活动测斜仪是一种人工监测方法，即监测人员将活动式测斜仪放入测斜管底部，每隔一定间隔，利用人工提拉活动式测斜仪，在测斜管导轨上下定长定点测量钻孔内部倾斜位移，并人工记录数据，然后对数据进行处理，通过长期人工监测获得被测物体的内部位移数据，从而掌握钻孔内部的形变情况。

活动式测斜仪

活动式测斜仪以人工记录数据，汇集整理数据后，再进行分析处理，其不足之处在于自动化程度低，由于是人工记录数据，测量数据时效性差，监测数据易篡改，在一些偏远、地势陡峭的监测位置，或者遇到恶劣天气的情况下，监测人员的人身安全难以得到保障！

固定式测斜仪

随着信息技术的快速发展，岩土变形监测技术革新，主管职能部门及各企业对建设施工中的安全监测数据的及时性、准确性、可靠性、真实性尤为关注。为了满足工程建设中更高的测斜需求，固定测斜仪由此而生。

固定式测斜仪

Geobok固定式测斜仪按照测斜孔深度，以若干个测斜仪传感器之间相互串联组成一套测斜单元，并通过电缆线将测斜仪传感器串联起来，并将测斜仪传感器固定在不锈钢管上，利用复位导轮将测斜传感器送入测斜管内，长时间监测获取数据，从而获得被测岩土深层土体的内部位移数据，并上传云端处理、分析、发布。

固定式测斜仪适用场景

与活动式测斜仪相比，固定式测斜仪安装和维修比较方便，属于自动化监测设备，实现24小时自动化数据采集，无需人工现场采集数据，数据更具时效性、准确性，且能较大程度上保障监测人员安全。

结语

测斜仪的应用领域广泛，主要包括：建筑基坑监测、矿山边坡监测、地质灾害监测、水库大坝监测等，其监测数据对各项工程施工、运行具有重要的参考意义。

工程施工

目前来说，在岩土工程监测中，由于人工沉降监测方便、覆盖点多、成本相对较低，目前仍普遍采用人工沉降监测，但出于对监测数据准确性、实时性，以反映所监测地点的岩土土体的实际状态的考虑，以及对监测人员安全性的重视，应逐步推进自动化监测的普及

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