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单轴、双轴、三轴倾角传感器有什么区别?
专栏:技术支持
发布日期:2020-07-17
阅读量:251
作者:安泰
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  日常的空间维度由长、宽、高三个维度组成,而倾角传感器可以测量这三个维度的倾斜角度。  如图所示,以X轴单轴倾角传感器为例,传感器的测量面只能与X轴有夹角,倾斜面是固定在一条轴线(Y轴)进行转动的。
  日常的空间维度由长、宽、高三个维度组成,而倾角传感器可以测量这三个维度的倾斜角度。因此,倾角传感器按轴向可分为单轴、双轴和三轴。根据字面意思,单轴倾角传感器只能测量某一方向的角度,双轴倾角传感器则可以测量互相垂直的两个方向的角度,而三轴则可以测量三维空间中三个方向绕任意轴变化的角度。 


  我们常说的倾角传感器一般是指单轴的倾角传感器,单轴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。 

  而双轴倾角传感器则是在单轴的基础上结合具体的实际要求,设计出的一款针对两个方向夹角大小的测量工具。

   双轴倾角传感器通过直接测量被测物体的加速度,经过积分运算可以得到物体的线速度,然后进一步可以得到物体的位移。从根本上来说倾角传感器仍是属于惯性传感器,遵循物体运动的惯性定律和积分计算方法。双轴传感器正是基于这个基本原理设计的,此外还有其他测量原理和测量方法。

  双轴倾角传感器共用两个敏感轴,计为X轴和Y轴。当敏感轴与重力方向垂直时,每次倾斜一度引起的输出变化值较大;当敏感轴与重力方向呈45度角时,每次引起的变化值较小;当两者接近平行时,每次偏移几乎不再引起输出变化。根据这个原理,双轴倾角传感器可以测量更多类型的物体和测量更多类型的角度,极大提高的测量效率。 

  总体而言,双轴倾角传感器具有单轴倾角传感器的测量优点,同时具有单轴所无法达到的测量效果,具有更加宽广的测量范围。不过,双轴倾角传感器的精度不如单轴,且需要注意的一点是,双轴的倾角传感器可以测量X轴和Y轴两个方向的角度,但不能同时测量X轴与Y轴,一次只能测一条轴向的角度,X轴或Y轴,若同时测量则会引起横轴误差,不能确定其值。

  根据所需测量的数据,我们可选择不同的倾角传感器。理论上若有三个维度的角度变化,就需要用到三轴的倾角传感器,但其实在现实应用中,三轴倾角传感器并不存在,更准确来说是,双轴倾角传感器可以测量三维角度的变化,而无须用所谓的“三轴倾角传感器”。

  如图所示,以X轴单轴倾角传感器为例,传感器的测量面只能与X轴有夹角,倾斜面是固定在一条轴线(Y轴)进行转动的。同理,Y轴单轴倾角传感器是以X轴为固定轴进行旋转的。双轴倾角传感器的倾斜面则可以与X、Y轴都有夹角,也可只与其中一个轴有夹角,下图右侧所示为双轴倾角传感器倾斜面的一般情况。 


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  从上面单轴与双轴倾角传感器的对比分析中,我们可以看出,双轴倾角传感器的倾斜面的活动部分是一个点或者线,而单轴则只能是一条线。例如,竖直墙面的倾斜就是以墙体与地基结合线为活动部位,此时可用单轴;而一个竖直杆发生缓慢倾倒的过程,是以接触点为活动部位,因此,需要用双轴倾角传感器进行测量。 

  其实在竖直杆发生倾斜的过程中,无论朝哪个方向倾斜,有一点可以肯定,那就是倾斜后位置与原位置夹角就是倾斜面与水平面的夹角,此角可能只是单个X或者Y轴倾角,也可能两者都有,这也是为什么只能用双轴倾角传感器进行测量。至于为什么没有三轴倾角传感器,这是因为当一个倾斜面与X、Y轴的倾斜角度确定了的时候,倾斜面也就固定下来了,没有变动的可能性,即Z轴的夹角也是确定值。


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