2个例子,让你秒懂MEMS倾角传感器的工作原理

2020-04-27
关注
摘要 MEMS倾角传感器,顾名思义,是通过MEMS(微电子机械系统)技术制造的倾角传感器,其明显的优势是测量非常精准。

  倾角传感器,又称倾斜传感器、测角仪或坡度传感器,它可在重力作用下,测量物体的角度。随着微机电系统(MEMS)制造技术的进步,MEMS传感器因其性能优异,性价比高的特性,开始大量进入市场。

  MEMS倾角传感器,顾名思义,是通过MEMS(微电子机械系统)技术制造的倾角传感器,其明显的优势是测量非常精准。

  下面,将从2个例子,说透MEMS倾角传感器的原理。

  例子1:

  简单来说,MEMS倾角传感器就是通过地球重力,非接触式测量目标物体的倾角。本质上,倾角传感器要测量加速度,特别是重力加速度,因此其内部集成了加速度传感芯片。

  加速度传感芯片由一个MEMS传感部件以及外围信号处理电路组成。其MEMS传感部件示意图如下:

  MEMS传感部件中的蓝色部分是可移动的,而红色部分是固定的。在加速或减速时,蓝色部分将向左或向右移动,蓝色和红色部分之间的电容则随之改变。通过测量电容C1和C2即可确定加速度。如下图所示:

  也就是说,在被测物倾斜时会产生的加速或减速,令MEMS传感部件中可移动部分向一侧移动,图示如下:

  从该原理中可以看到,在测量过程中MEMS传感部件对震动会很敏感,被测物体的震动会影响测量结果。所以必须加入滤波器,消除一定频率之外的干扰。有些倾角传感器厂商还会根据用户需要配备滤波器。

  滤波器有两种:巴特沃茨(Butterworth)滤波器和临界阻尼滤波器(Critically damped)。巴特沃茨更适用于测量非移动的、振动较强的物体,例如大型钻井台;临界阻尼滤波器更适合用于测量移动的物体,例如工程车辆、农业车辆等。目前市面上绝大多数的倾角传感器仅配备了巴特沃茨滤波器,或不配备任何滤波器。

  例子2:

  MEMS倾角传感器的基本原理是在完全定型的专用集成电路(ASIC)中内置一个微机电系统(MEMS)传感器单元。

  用一个有两个电极的简单模型就能轻而易举地解释MEMS 传感器的作用。

  简易模型中采用的电极一个为固定电极,而与弹簧元件相连的另一个为弹性电极(检测质量)(参照图1)。

  图 1:MEMS 传感器的原理(1、检测质量;2、电极;3、弹簧;4、固定电极)

  当倾角仪处于水平位置时(请参阅图 2.1 ),测量电极间的相应电容量。如果传感器发生倾斜(请参阅图 2.2 ),弹性电极将改变它和固定电极的相对位置,而传感器单元所测量到的两个电极之间的电容量也相应发生改变。电容量的变化转换为相应的倾斜值。

  图2: MEMS传感器的位置(1、处于水平位置的MEMS传感器;2、处于倾斜位置的MEMS传感器)

  其实,MEMS加速计的工作原理与MEMS传感器的工作原理相类似,并且已经在许多工业和商业应用中得以验证,如手机的运动传感器和汽车安全气囊中。

  MEMS倾角传感器的典型应用:

  农业和林业机械

  工程机械和特种车辆

  太阳能和光伏

  自动导航系统

  起重机和吊装技术

  风力发电厂

  MEMS倾角传感器的相关名词解释:

  补偿交叉灵敏度:仅用于双轴型倾角传感器。一般情况下,一个轴的倾斜会影响另外一个轴。该补偿能够尽可能的减小这种影响。

  振动抑制特:用于设置滤波器。通过设置,能够消除振动带来的负面影响,获得稳定的信号输出。

  温度系数:倾角传感器会受温度影响,随着温度的升高输出信号会变差。

您觉得本篇内容如何
评分

相关产品

ASC TS系列 MEMS电容式倾角传感器

MEMS 电容式技术 电容式倾角传感器的关键组件是优质微电子机械系统(MEMS),具 有良好的长期稳定性和可靠性。通 过 测 量 加 速 度 ( 在 ± 1 g 范 围 内 ), 利用三角函数原理计算出传感器灵敏方向与地平线之间的倾角。电 容式倾角传感器的其他优点还包括优异的温度稳定性,良好的响应 性能和可实现的分辨率。 描述 倾角传感器的分辨率小于 0.001°。ASC TS-9xV1 传感器具有轻量级铝制外壳,保护等级为 IP67,而 ASC TS-9xV5 传感器具有稳健的不锈钢外壳,保护等级为 IP68,二者皆有 带可配置长度和接头的集成电缆。应用 该系列传感器的出色分辨率和长期稳定性使得倾角传感器适合检测 塔架摆动、轨道对准和轴对准、补偿卡车底盘或机床的角度定位。

Woosens 沃感科技 WTS121-L30A 倾角传感器

WTS系列倾角模块是一款低功耗,高性能的倾角模块,内部采用欧洲原装进口的 高性能MEMS倾角测量单元,基于纯模拟电路对倾角变化情况进行测量。WOOSENS WTS系列模拟输出倾角模块采用0~5V标准接口,可直接接入各类工控主机,具有出色的带负载能力和抗干扰 能力,出厂的模块均经过原厂Poka-Yoka标定系统进行灵敏度和零点标定,直接将标定参数写入传感器内部具有出色的一致传感器采用M12 4芯航空插座,确保使用的灵活性以及可靠的防水性。

SICK 西克 Inclination Sensors 倾角传感器

倾角传感器对物体相对于地球重力的倾角进行非接触测量。由于采用了电容式MEMS技术,倾角传感器具有高精度和极高的可靠性。一维传感器测量到360°的轴倾斜,而二维传感器能够同时测量到±90°的两个轴。

Chinastar 中星测控 CS-TAS-02B 倾角传感器

CS-TAS-02b型模拟单轴倾角传感器是基于MEMS技术的传感器,用于测量在静态环境下物体相对于水平面的倾斜度。敏感轴感受俯仰角的变化。该传感器具有体积小、成本低、可靠性高等特点。适合平台水平测量、精密倾角测量、机械设备水平测量和实验室仪器调平等应用。

利科夫 MG-300 MEMS IMU

MEMS IMU 惯性测量单元 倾角传感器 姿态测量

微著科技 高精度国产倾角传感器FAS1002 倾角传感器

FAS1002是微著科技最新推出国产化的单轴高精度MEMS倾角传感器,角度分辨率达到0.0005°,温度漂移小于0.001°/℃(未补偿),内置三阶温度补偿,满足不同应用场景高精度倾角测量需求。

HIPNUC 超核电子 HI50系列 倾角传感器

倾角传感器 HI50系列 高精度-分辨率0.01° 冗余设计 产品可追溯 M12A 单/双航插 可堆叠安装 IP68防水 支持RS-232、Modbus、CANopen 冗余MEMS设计,高精度高可靠性HI50系列传感器可以为用户提供精准的倾角信息,温度范围从-40°C到+85°C,非常适合户外严苛环境下的应用。

Rion 瑞芬科技 SCA1900 倾角传感器

SCA1900T是一款具有模拟电压输出的双轴倾斜传感器模块,倾斜传感器模块采用VTI微机电系统控制单元,通过测量静态重力场的变化转化为倾角变化,模式输出电压的变化(0-5V),主要用于测量物体相对于水平面的倾角分辨率为0.0025度,精度规格请参阅产品技术资料第3页,,本产品采用非接触式测量原理,可实时输出电流姿态倾角,简单使用,且无需检索相对变化表面即可安装。最新MEMS测斜仪生产工艺生产,精度高,体积小,抗外界电磁干扰能力强,抗冲击和振动能力强。它是工业设备、平台测量姿态的理想选择!

ASM 艾斯姆 PTDM5 倾角传感器

*采用MEMS技术的1或2轴的极其坚固的倾角传感器 * 非接触,无磨损 * 保护等级IP67/IP69,IP68(可选)。 * 0.5...10 V, 4...20 mA, CANopen

LORD MicroStrain 3DM-GX4-15™ 惯性导航系统 ( INS )

3DM-GX4-15™是一种微型高端工业惯性测量单元(IMU),采用了最高性能的MEMS传感器技术。它结合了三轴加速度计、三轴陀螺仪、温度传感器、压力高度计和运行复杂自适应卡尔曼滤波器的双机载处理器,以提供出色的静态和动态倾角估计和惯性测量。

评论

您需要登录才可以回复|注册

提交评论

传感器专家网

传感器行业综合服务平台,立志于建设便捷方便的传感器选型器、行业专业媒体

关注

点击进入下一篇

倾角传感器在港口轮胎吊设备自动纠偏中的应用

提取码
复制提取码
点击跳转至百度网盘