角度传感器怎么使用倾角传感器的使用方法

发布时间：2024-10-06 07:10:13

倾角传感器的使用方法

倾斜角度传感器被广泛应用于仪表测量、工业自动化、航空航海等领域的一种重要传感器。它可以将倾斜角度的大小（非电量）转化成相应的电量输出信号。

倾斜角度传感器是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。

倾角传感器的安装方法

倾角传感器安装是有一定的技巧，一般的倾角传感器都会有内置零位调整，所以用户可以根据要求定制零位调整按钮，从而实现在一定的角度置零的功能。在倾角传感器的安装之前，需要确定你的安装位置和你需要测量什么角度是相对于哪个平面，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，这样主要是方便读取角度，减少不必要的误差。

1、倾角传感器的安装又分为水平安装和垂直安装两种，但无论是水平还是垂直安装，在安装时都应保持传感器安装面与被测物体面平行，同时减少动态和加速度的影响。例如水平安装，就是把倾角传感器水平放在一个平面上，一般是放在地面、桌面等。例如垂直安装，就是把倾角传感器安装在垂直于地面的一个稳定的面上，常见的就是安装在墙面。但在一般情况下呢，倾角传感器在出厂的时为了适合大众的时候都是以理想的水平面为基准的。但我们在安装时所用的平面却不一定是理想平面，如果在安装时时候只是放在一个平台上，此时一般会有角度输出的，说明该平面不是水平面，所以这时候就需要我们自己调整桌面了，也有人会建议将固定倾角传感器的底座好是可以调整的平面。当然，这现象也适用于垂直安装。

2、除了保持传感器安装面与被测物体面平行外，还需保持传感线与被测面轴线平行，即两轴线不能有夹角产生。

3、一般的倾角传感器都有内置零位调整系统。顾客能够根据要求定制零位调整按钮，从而实如今一定的角度置零的性能，即在安装完使用前可以使用零位按钮实现清零性能，方便读取角度，缩小无须要的误差。

倾角传感器的适用范畴

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现在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。

另外，压电微位移振动台，电子显微镜微调，天文望远镜镜片微调，精密微位移测量等也是必须适用到倾角传感器的，例如ZCS1100，是一个单一的通道，高性能线性位移测量系统，创新的电容位移测量技术，提供了纳米测量能力，成本低，适合测量任何导电目标。可用在微小振动测量，安装方便灵敏度高，精度高。

其他应用范围

热水器上

现在在各楼顶上随处可见太阳能热水器，随着不可再生资料的极度消耗，太阳能已经成为各能源公司考虑的首要对象，如何更好、更充分的利用太阳能成为了当今太阳开发需要考虑的一大问题。湿度传感器探头，，不锈钢电热管 PT100 传感器，，铸铝加热器，加热圈流体电磁阀

水平测量

倾角传感器可以用来测量相对于水平面的倾角变化量。理论基础就是牛顿第二定律，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，就可以通过积分计算出线速度，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。

工程机械

在重型工业机械里，无论是挖掘机，起重机，升降机，还是平地机，倾角传感器（倾角模块）在这些重型机械设备中有着取足轻重的作用。不仅是保证里这些机械设备的角度范围在安全之内，同时还可以举到如果超出范围就报警，保护人身安全的作用。如在可伸缩机械手中倾角传感器是来测量驾驶室的姿态和吊杆倾角变化情况，保证驾驶安全。

无人机

无人机上安装了大量的倾角传感器，用于实时检测监测飞机的飞行姿态，通过无线电波传输到地面控制中心，高精度倾角传感器系列属于高精度高稳定性系列，在飞机姿态校准，帆船姿态控制等领域有广泛的应用。

气垫船

旅游用途气垫船在国内使用非常普遍，特别是海边旅游城市和旅游岛都已经把气垫船作为其主要的交通工具。气垫船是一种利用高于大气压的空气在船底与支承表面间形成气垫，使全部或部分船体脱离支承表面而高速航行的船。气垫船的一个优点是其易于登录，这一点也就是在旅游岛上尤显珍贵。通常，旅游岛屿有多处随意登录的需求。但是，旅游岛屿不可能在任何地方多设立码头或泊位，这时候可利用气垫船的特性，随意在沙滩、滩涂草地等区域登录。伴随气垫船在旅游区的大量使用，很多从来没有接触过气垫船的人们都可以尝试去驾驶它在海面上游玩，由于初次驾驶气垫船没有经验，有时会出现倾翻的现象，安全问题也逐渐成为了重中之重的问题，所以气垫船生产厂家和旅游区的负责人员便想到使用倾角传感器对气垫船行驶中的实时姿态进行检测，并把相应的倾斜角度值使用液晶仪表显示的方法在驾驶舱中显示出来，与此同时，把气垫船的形式速度做了一定的限制，大大的增加了气垫船的形式安全，有了倾角传感器，即使从来没有驾驶过气垫船的人们也能够很轻松简单的驾驶。

四轮定位

四轮定位仪的主要解决方案是对每个轮采用倾角传感器来做测试，如果不正常，就校正掉。高精度倾角传感器模块，为各种对零点校正、灵敏度校正和宽温度特性补偿等技术指标要求严格的工业水平测量控制应用而设计，适用于汽车四轮定位、工业调平等应用。

医疗应用

自动控制手术床的控制手柄，希望用双轴倾角传感器安装在手柄中，通过控制手柄在横滚和俯仰方向的移动来控制电机传动进程，以操作手术床的运动（只有X，Y两个方向的横滚和俯仰运动）。由于要安装在手柄中，希望体积不要太大。

姿态控制

飞行器姿态的稳定通常采用倾角传感器控制，包括以下几种方式：第一种是三轴稳定，依靠姿态控制分系统使飞行器偏航轴方向始终保持与当地铅垂线方向一致，以保对地观测传感始终对准地面。其次是自旋稳定，例如卫星自转轴对空间某点取向固定，使其姿态保持稳定。第三种是重力梯度稳定。在地球重力场作用下，转动物体的转轴逐渐达到平衡状态，与重力梯度方向一致，即同当地垂直线方向一致，以保持飞行器姿态的稳定。我们将直角坐标系的原点置于星体上，指向地面的Z轴反映偏航方向，Y轴反映俯仰方向，X轴反映滚动方向。星体在高空中沿局部地球铅垂方向和轨道矢量方向运行，不时地产生对三轴的偏移。为保证星体运行中姿态的稳定，应使倾角传感器Z轴指向精度达到与局部铅垂方向误差≤°，不致产生过渡的俯仰和滚动，对偏航而言也应使速度矢量的偏差保持°之内。

如何来保养倾角传感器

其实传感器对于一个开发者来说是一个很简单的仪器，同样对于一个使用者来说也是很简单的，类似选择好倾角传感器，首先必须知道你用的是传感器ic还是传感器模块，不过现在的实际中采购的直接就是传感器模块。倾角传感器通过传感器芯片采集重力加速度在传感器敏感轴上的分量大小，控制单元对芯片传输的脉冲信号进行处理，计算出倾角大小，经过通讯单元输出到网络或显示屏上。所以倾角传感器最核心的就是芯片技术和控制程序的编写。针对这两大核心——传感器芯片和控制单元，厂家主要是选择合适芯片和编程控制然后生产倾角传感器。就像手机一样，你不需要知道里面的电路原理和通讯协议，你能在应用层使用就可以，对于传感器芯片也是一样。倾角传感器的基本原理也就是在一个硅片里面刻蚀了一个多晶硅表面微机械传感器，并集成了一套精密的信号处理电路，信号处理电路能将表面微机械传感器产生的模拟信号转换为占空比调制数字信号输出。

根据物理力学可以知道，当对象与基准平面有一个角度的夹角时，其运动方向的加速度与重力加速度的比值和没有夹角时其加速度与重力加速度的夹角α 是不同的。根据力的分解，重力加速度就会有分量作用在Ax方向，且Ax=gsinα，于是倾斜角α=sin-1（Ax/g）。但是，当对象在基准面方向上做变加速的运动时，其Ax同样是一个变化值，这样将由于无法区别对象的静态加速度和动态加速度而做出正确的判断。倾角传感器有双轴单轴的区分，可以连续测量角度的变化，具体使用到的是单轴还是双轴还是根据你使用的场所和使用的形式决定。应用在雷达天线角度的测量，桥梁，山体，大坝工程机械臂等等姿态的检测都得用到倾角传感器。倾角传感器的量程，精度的要求一般都是对应好的某个传感器的参数直接选型，量程通过双轴的配合，可以实现360度倾角的测量。目前产品已经非常稳定。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。

倾角传感器的使用寿命一般来说是比较短的，是和他的使用环境有关系的，所以我们在使用倾角传感器的时候注意恶劣的环境中保护好传感器，尤其重要的是机械汽车上面我们必须经常的检测传感器以及更换掉，高温长时间的操作等等都不利于传感器的使用寿命。所以我们在选择好倾角传感器的时候，一定要想到传感器的使用中注意的安全隐患。

来源网络

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一文了解角度传感器

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。

概述

当在机器人身上连接上轮子（或通过齿轮传动来移动机器人）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

举例

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。

方位角度传感器

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。

应用领域

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

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。

军事上应用

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。

应用场合

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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