傾角傳感器的定義
? ? ? ? 用于測(cè)量載體相對(duì)于某個(gè)參考平面傾斜角度的傳感器.
基本原理
? ? ? ? 理論基礎(chǔ)就是牛頓第二定律，根據(jù)基本的物理原理，在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，速度是無法測(cè)量的，但卻可以測(cè)量其加速度。如果初速度已知，就可以通過積分計(jì)算出線速度，進(jìn)而可以計(jì)算出直線位移。所以它其實(shí)是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器。
? ? ? ? 當(dāng)傾角傳感器靜止時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。
? ? ? ? 隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，慣性傳感器件在過去的幾年中成為較為成功,應(yīng)用較廣泛的微機(jī)電系統(tǒng)器件之一，而微加速度計(jì)（microaccelerometer）就是慣性傳感器件的杰出代表。作為成熟的慣性傳感器應(yīng)用，現(xiàn)在的MEMS加速度計(jì)有非常高的集成度，即傳感系統(tǒng)與接口線路集成在一個(gè)芯片上。
? ? ? ? 傾角傳感器把MCU，MEMS加速度計(jì)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通訊單元全都集成在一塊非常小的電路板上面?？梢灾苯虞敵鼋嵌鹊葍A斜數(shù)據(jù)，讓人們更方便的使用它。
? ? ? ? 其特點(diǎn)是：硅微機(jī)械傳感器測(cè)量(MEMS)以水平面為參面的雙軸傾角變化。輸出角度以水準(zhǔn)面為參考，基準(zhǔn)面可被再次校準(zhǔn)。數(shù)據(jù)方式輸出，接口形式包括RS232、RS485和可定制等多種方式?？雇饨珉姶鸥蓴_能力強(qiáng)。
? ? ? ? 承受沖擊振動(dòng)10000G。
MEMS工藝的傾角傳感器
? ? ? ?和所有加速度計(jì)一樣，傳感器單元是差動(dòng)電容器，其輸出與加速度成比例。加速度計(jì)的性能依賴于傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。差動(dòng)電容是由懸臂梁構(gòu)成，而懸臂梁是由很多相間分布的指狀電容電極副構(gòu)成，一副指狀電容電極可簡(jiǎn)化為圖1所示的結(jié)構(gòu):
? ? ? ?每個(gè)指狀電極的電容正比例于固定電極和移動(dòng)電極之間的重疊面積以及移動(dòng)電極的位移。顯然，這些都是很小的電容器，并且，為了降低噪聲和提高分辨力，實(shí)際上需要盡可能大的差動(dòng)電容。
? ? ? ?懸臂梁的運(yùn)動(dòng)是由支撐它的多晶硅彈簧控制。這些彈簧和懸臂梁的質(zhì)量遵守牛頓第二定律：質(zhì)量為m的物體，因受力F而產(chǎn)生加速度a，則F=ma。而彈簧的形變與所受力的大小成比例，即F= kx，所以? X=(m/k)a?式中 x為位移，單位：m；m為質(zhì)量，單位：kg；a為加速度，單位：m／s ；k為彈簧剛度系數(shù)，單位：N／m。
? ? ? ?因此，僅有支撐彈簧的剛度和懸臂梁的質(zhì)量2個(gè)參數(shù)是可控的。減小彈簧系數(shù)似乎是提高懸臂梁靈敏度的一種容易方法，但懸臂梁的共振頻率正比例于彈簧系數(shù)，所以，減小彈簧系數(shù)導(dǎo)致懸臂梁共振頻率降低，而加速度計(jì)必須工作在共振頻率之下。此外，增大彈簧系數(shù)使懸臂粱更堅(jiān)固。所以，如果保持盡可能高的彈簧系數(shù)，只有懸臂梁的質(zhì)量參數(shù)是可變化的。通常，增大質(zhì)量意味著增大傳感器的面積，從而使懸臂梁增大。在ADXL202中，設(shè)計(jì)出一個(gè)新穎的懸臂梁結(jié)構(gòu)。構(gòu)成X軸和y軸可變電容的指狀電極沿著一個(gè)正方形四周的懸臂梁集成，從而使整個(gè)傳感器的面積減小，而且，共用的大質(zhì)量的懸臂梁提高分辨力。位于懸臂梁四角的彈簧懸掛系統(tǒng)用以使X軸和y軸的靈敏度耦合減小到較小。
? ? ? ?每個(gè)指狀電極的電容正比例于固定電極和移動(dòng)電極之間的重疊面積以及移動(dòng)電極的位移。顯然，這些都是很小的電容器，并且，為了降低噪聲和提高分辨力，實(shí)際上需要盡可能大的差動(dòng)電容。
? ? ? ?懸臂梁的運(yùn)動(dòng)是由支撐它的多晶硅彈簧控制。這些彈簧和懸臂梁的質(zhì)量遵守牛頓第二定律：質(zhì)量為m的物體，因受力F而產(chǎn)生加速度a，則F=ma。而彈簧的形變與所受力的大小成比例，即F= kx，所以?X=(m/k)a? 式中 x為位移，單位：m；m為質(zhì)量，單位：kg；a為加速度，單位：m／s ；k為彈簧剛度系數(shù)，單位：N／m。
? ? ? ?因此，僅有支撐彈簧的剛度和懸臂梁的質(zhì)量2個(gè)參數(shù)是可控的。減小彈簧系數(shù)似乎是提高懸臂梁靈敏度的一種容易方法，但懸臂梁的共振頻率正比例于彈簧系數(shù)，所以，減小彈簧系數(shù)導(dǎo)致懸臂梁共振頻率降低，而加速度計(jì)必須工作在共振頻率之下。此外，增大彈簧系數(shù)使懸臂粱更堅(jiān)固。所以，如果保持盡可能高的彈簧系數(shù)，只有懸臂梁的質(zhì)量參數(shù)是可變化的。通常，增大質(zhì)量意味著增大傳感器的面積，從而使懸臂梁增大。在ADXL202中，設(shè)計(jì)出一個(gè)新穎的懸臂梁結(jié)構(gòu)。構(gòu)成X軸和y軸可變電容的指狀電極沿著一個(gè)正方形四周的懸臂梁集成，從而使整個(gè)傳感器的面積減小，而且，共用的大質(zhì)量的懸臂梁提高分辨力。位于懸臂梁四角的彈簧懸掛系統(tǒng)用以使X軸和y軸的靈敏度耦合減小到較小。
典型應(yīng)用場(chǎng)合
? ? ? ?角度測(cè)量，水平調(diào)整，零位調(diào)整傾角開關(guān)（十二路開關(guān)信號(hào)），
? ? ? ?安全控制，監(jiān)控，報(bào)警機(jī)械臂，大壩，建筑，橋梁角度測(cè)量
? ? ? ?對(duì)準(zhǔn)控制，彎曲控制。初始位置控制，傾角姿態(tài)記錄儀汽車四輪定位
傾角傳感器應(yīng)用特點(diǎn)
? ? ? ?可以調(diào)節(jié)輸出頻率，內(nèi)置零位調(diào)整，可以根據(jù)要求定制零位調(diào)整按鈕，從而實(shí)現(xiàn)在一定的角度置零的功能。這對(duì)于要測(cè)量相對(duì)傾角的場(chǎng)合非常有用。使用完畢后可以重新回歸零位。傾角傳感器在這種場(chǎng)合使用，只要將傳感器固定在一定的平面，測(cè)量前使用零位按鈕實(shí)現(xiàn)清零功能，傳感器在此之后讀出來的數(shù)據(jù)就是相對(duì)于該平面的相對(duì)傾角。
濾波功能：
? ? ? ?當(dāng)要求輸出比較穩(wěn)定時(shí)，建議使用比較平緩的輸出，以使輸出的值趨向平和，而變化不至于太劇烈。如果要求非常及時(shí)的輸出，比如在測(cè)量有較高頻率的振動(dòng)的場(chǎng)合，可以使用高頻輸出，不過，輸出會(huì)因?yàn)轫憫?yīng)時(shí)間非常短而不穩(wěn)定。同時(shí)，可以使用內(nèi)部濾波功能，以實(shí)現(xiàn)在振動(dòng)場(chǎng)合測(cè)量?jī)A角的目標(biāo)。
全量程傾角測(cè)量：
? ? ? ?通過雙軸的配合，可以實(shí)現(xiàn)360度傾角的測(cè)量。目前產(chǎn)品已經(jīng)非常穩(wěn)定。在一些需要進(jìn)行全量程傾角測(cè)量的場(chǎng)合，選擇360度產(chǎn)品是比較理想的。
