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。

 

倾角传感器原理图

图片来源于网络

 

倾角传感器原理图

倾角传感器的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。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。

 

倾角传感器原理图

图片来源于网络

 

 

倾角传感器应用范围

1、在潜艇上水平台校准上应用,罗经、计程仪都对水平度要求很高,便携式水平校准仪。

 

2、基槽清平机上应用,用于地基基槽和农田地面平整。对平整度进行监测和控制。

 

3、水田平地机,用于南方水田土壤平整,水田精细平整技术是在水稻生产过程中节约灌溉用水、提高肥料利用率、抑制杂草生长,提高水稻产量、减少生产成本的重要措施。

 

4、倾角传感器在车载光电跟踪设备上应用。在光电跟踪设备基座上安装双轴倾角传感器,实时监测基座的水平度,保证车载光电跟踪设备高精度工作。

 

5、倾角传感器用于城市管道机器人。

 

6、倾角传感器在船舶气囊下水过程中的应用。

 

7、倾角传感器在船载水平平台上应用,用于船载卫星跟踪天线的底座,以保持天线始终处于水平状态,对平台进行实时控制,可以隔离船体的俯仰和横滚运动,使平台处于水平。

 

8、倾角传感器在大型光电设备基准平面自动调平系统上的应用。由安装在基座上的倾角传感器检测基准平面的倾角大小及方向,将此角度根据调平算法换算为若干个机械支腿的伸长量,驱动机械支腿伸长使基准平面达到水平。

 

9、倾角传感器用于大型铺管船吊钩摆动进行监测和调整。

 

10、倾角传感器在陆地大型吊车上应用。

 

倾角传感器安装方式

接触到倾角传感器人都知道,倾角传感器就是用一个倾角传感器灵敏器件测量数据,然后通过一些列的变换,最后转化成角度数据,有的时候对角度的误差要求不高,但有的时候要求确实非常的严格。对于角度误差方面除了传感器本身的固有属性之外,对安装方式也有要求。倾角传感器的安装方式大致可以分为两种,一种是水平安装,另外一种是垂直安装(贴墙安装)。

 

水平安装,显而易见就是把倾角传感器水平放在一个平面上,比如地面、桌面等,垂直安装则是把倾角传感器安装在垂直于大地的一个稳定的面上,比如墙面等。

 

一般情况下,产品在出厂的时候都是以理想的水平面为基准的,如果在我们在使用的时候只是放在一个平台上,此时的应该有角度输出的,即该平面不是水平面,这是水平安装的情况。当垂直安装(贴墙安装)的时候,理论同水平安装。

 

所以固定倾角传感器的底座最好是可调整的平面,在使用过程中,客户仍然可以根据自己的需要自定义水平面,比如,把桌面作为水平面等。

 

倾角传感器应用案例

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。