基于三軸重力加速度的傾斜角傳感器教學課件

傾斜角傳感器在汽車上的應用概要傾斜角傳感器的定義及說明2、傾角傳感器簡介3、傾斜角傳感器的應用4、傾角傳感器發(fā)展趨勢與產(chǎn)品現(xiàn)狀5、介紹三種常見的傳感器6、傾斜角傳感器設計實例7、參考文獻1傾斜角傳感器的定義傾角傳感器可以用來測量相對于水平面的傾角變化量。理論基礎就是牛頓第二定律,根據(jù)基本的物理原理,在一個系統(tǒng)內(nèi)部,速度是無法測量的,但卻可以測量其加速度。如果初速度已知,就可以通過積分計算出線速度,進而可以計算出直線位移。所以它其實是運用慣性原理的一種加速度傳感器2傾角傳感器簡介傾角傳感鋁經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平距離和物體的高度的測量,從工作原理上可分為固體擺式、液體擺式、氣體擺式三種傾角傳感器,這三種傾角傳感器都是利用地球萬有引力的作用,將傳感器敏感器件對大地的姿態(tài)角,即與大地引力的夾角傾角)這物理量,轉(zhuǎn)換成模擬信號或脈沖信號,他們的原理分別介紹如下:1固體擺式傾角傳感器液體擺式傾角傳感器3氣體擺式傾角傳感器21固體擺式傾角傳感器固體擺在設計中廣泛采用力平衡式伺服系統(tǒng),如圖1所示,其由擺錘、擺線、支架組成,擺錘受重力G和擺拉力T的作用,其合外力F為式中的e為擺線與垂直方向的夾角。在小角度范圍內(nèi)測量時,可以認為F與成線性關系。如應變式傾角傳感器就是基于此原理圖1固體擺原理示意圖2.2液體擺式傾角傳感器液體擺的結(jié)構(gòu)原理是在玻璃殼體內(nèi)裝有導電液,并有三根鉑電極和外部相連接根電極相互平行且間距相等,如圖2所示。當殼體水平時,電極插入導電液的深度相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時,電極之間會形成離子電流兩根電極之間的液體相當于兩個電阻RⅠ3所示,左邊電極浸入深度小,則導電液減少,導電的離子數(shù)減少,電阻R減少,即RI>RI。反之,若傾斜方向相反,則RI<RI。增大,相對極則導電液增加,導電的離子數(shù)增加,而使電阻RⅢ和RⅢ。若液體擺水平時,則RI=RⅢ。當玻璃殼體傾斜時,電極間的導電液不相等,三根電極浸入液體的深度也發(fā)生變化,但中間電極浸入深度基本保持不變圖?液體擺原理示意圖圖傾角為時液體擺原理簡圖2.2液體擺式傾角傳感器在液體擺的應用中也有根據(jù)液體位置變化引起應變片的變化,從而引起輸出電信號變化而感知傾角的變化。在實用中除此類型外,還有在電解質(zhì)溶液中留下一氣泡當裝置傾斜時氣泡會運動使電容發(fā)生變化而感應出傾角的“液體擺23氣體擺式傾角傳感器氣體在受熱時受到浮升力的作用,如同固體擺和液體擺也具有的敏感質(zhì)量一樣,熱氣流總是力圖保持在鉛垂方向上,因此也具有擺的特性?！皻怏w擺”式慣性元件由密閉腔體、氣體和熱線組成。當腔體所在平面相對水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時,熱線的阻值發(fā)生變化,并且熱線阻值的變化是角度q或加速度的函數(shù),因而也具有擺的效應。其中熱線阻值的變化是氣體與熱線之間的能量交換引起的。氣流速度1傳感器在水平面上〔1.)佐感哥傾斜圖a氣體擺的原理示意圖23氣體擺式傾角傳感器氣體擺式檢測器件的核心敏感元件為熱線電流流過熱線,熱線產(chǎn)生熱量,使熱線保持一定的溫度。熱線的溫度髙于它周圍氣體的溫度,動能增加,所以氣體向上流動。在平衡狀態(tài)時如圖4(a)所示,熱線處于同一水平面上,上升氣流穿過它們的速度相同,即V7)可知,流過熱線的電流也相同,電橋平衡。當密閉腔體傾斜時,熱線相對水平面的高度發(fā)生了變化,如圖4(b)所示,因為密閉腔體中氣體的流動是連續(xù)的,所以熱氣流在向上運動的過程中依次經(jīng)過下部和上部的熱線。若忽略氣體上升過程中克服重力的能量損失,則穿過上部熱線的氣流已經(jīng)與下部熱線的產(chǎn)生熱交換,使穿過兩根熱線時的氣流速度不同,這時∨>V2,因此流過兩根熱線的電流也會發(fā)生相應的變化,所以電橋失去平衡,輸出一個電信號。傾斜角度不同,輸出的電信號也不同2.4固、液、氣體擺性能比較就基于固體擺、液體擺及氣體擺原理硏制的傾角傳感器而言,它們各有所長在重力場中,固體擺的敏感質(zhì)量是擺錘質(zhì)量,液體擺的敏感質(zhì)量是電解液,而氣體擺的敏感質(zhì)量是氣體。氣體是密封腔體內(nèi)的唯一運動體,它的質(zhì)量較小,在大沖擊或髙過載時產(chǎn)生的慣性力也很小,所以具有較強的抗振動或沖擊能力。但氣體運動控制較為復雜,影響其運動的因素較多,其精度無法達到軍用武器系統(tǒng)的要求。固體擺傾角傳感器有眀確的擺長和擺心,其機理基本上與加速度傳感器相同。在實