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傾角感測器技術

「電子水平儀」

目前多數市售的傾角感測器(又稱為測斜儀、傾斜或斜率感測器)都配有一個多軸MEMS加速計(MEMS=微機電系統)。
這些測量單元非常的小巧、精準且耐用,且不會磨損,也不需要維護。

簡單來說,MEMS測量單元是由兩個主要零件組成:一個可移動的電子零件,與一個固定的機械零件。
可移動的內部零件是由測試質量(感震質量)所組成,在外部邊緣裝有由彈簧元件懸掛的電極。
測量單元的固定外部零件也同樣配備這些電極。
這些電極緊密排列形成「梳狀」。
當感測器呈現水平位置,感測器的Z軸通常會與地球方向平行。因此,數值為「絕對」的零。
若感測器向一個方向傾斜,內部的可移動質量以及其電極,與固定電極的相對位置將會改變。

MEMS單元細部圖

  1. 移動(=加速度)
  2. 梳狀電極彼此間距離約~1.3 µm

測量單位會偵測此兩個電極間電容的改變,並用來計算出最後的角度值。

重要!

每個傾角感測器出廠前都有進行絕對校準。
使用的參考值是重力向量,亦即重力加速度,1g(= 9.81 m/s²)。
若感測器的一個測量軸與重力向量平行或相同,則無法進行角度測量;感測器在這個位置下缺少方向。因此,無法在垂直參考軸(偏航角度)周邊直接進行角度測量(旋轉偵測)。然而,偏航角度可以透過外部PLC進行間接計算。
請見 “動態傾角感測器[JDxxxxx]的附加功能”。

角度定義

Z軸位於零度位置時的角度定義=重力向量

  1. y軸「翻滾」(縱軸) ⇒ 角度 x
  2. x軸「俯仰」(橫軸)⇒ 角度 y
  3. z軸「偏擺」(垂直軸)⇒ 角度 z