Celesco傳感器的工作原理

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】Celesco傾角傳感器事業(yè)部，張工。

Celesco傾角傳感器，也稱為傾斜傳感器、測(cè)角儀或坡度傳感器，可以測(cè)量物體在重力作用下的角度。 隨著微機(jī)電系統(tǒng)MEMS制造技術(shù)的進(jìn)步，采用MEMS技術(shù)制造的傾角傳感器測(cè)量精度非常高。

下面從兩個(gè)例子來(lái)說(shuō)明MEMS傾斜傳感器的原理。

簡(jiǎn)而言之，Celesco傾角傳感器通過(guò)地球重力非接觸式測(cè)量目標(biāo)物體的傾角。 本質(zhì)上，傾角傳感器需要測(cè)量加速度，尤其是重力加速度，所以它內(nèi)部集成了加速度傳感器芯片。 加速度傳感器芯片由MEMS傳感器組件和外圍信號(hào)處理電路組成。 其MEMS傳感元件示意圖如下：

Celesco傳感器感應(yīng)部分的藍(lán)色部分是可移動(dòng)的，而紅色部分是固定的。 在加速或減速時(shí)，藍(lán)色部分會(huì)左右移動(dòng)，藍(lán)色和紅色部分之間的電容會(huì)相應(yīng)變化。 加速度可以通過(guò)測(cè)量電容 C1 和 C2 來(lái)確定。 如下所示：

也就是說(shuō)，被測(cè)物體傾斜時(shí)發(fā)生的加速或減速導(dǎo)致MEMS傳感部分的可移動(dòng)部分向一側(cè)移動(dòng)，如下圖所示：

從這個(gè)原理可以看出，Celesco位移傳感器在測(cè)量過(guò)程中對(duì)振動(dòng)非常敏感，被測(cè)物體的振動(dòng)會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。因此，必須加一個(gè)濾波器來(lái)消除超過(guò)一定頻率的干擾。 一些傾斜傳感器制造商還會(huì)根據(jù)用戶需要配備過(guò)濾器。

有兩種類型的濾波器：巴特沃斯濾波器和臨界阻尼濾波器。 Butterworth 更適合測(cè)量非移動(dòng)的、振動(dòng)較大的物體，例如大型鉆機(jī)； 臨界阻尼濾波器更適用于測(cè)量移動(dòng)物體，如工程車輛、農(nóng)用車輛等。目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)傾角傳感器僅配備巴特沃斯濾波器，或者沒(méi)有配備任何濾波器。

示例 2：

Celesco傳感器的基本原理是將微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 傳感器單元嵌入到完全原型化的專用集成電路 (ASIC) 中。 一個(gè)帶有兩個(gè)電極的簡(jiǎn)單模型可以很容易地解釋 MEMS 傳感器的作用。 簡(jiǎn)單模型中使用的電極之一是固定電極，另一個(gè)連接到彈簧元件的是彈性電極（質(zhì)量塊）。見(jiàn)下圖。

當(dāng)傾角儀處于水平位置時(shí)（見(jiàn)圖 2.1），測(cè)量電極之間的相應(yīng)電容。 如果傳感器傾斜（見(jiàn)圖 2.2），彈性電極將改變其相對(duì)于固定電極的位置，傳感器單元測(cè)量的兩個(gè)電極之間的電容也會(huì)相應(yīng)變化。 電容的變化被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的斜率值。

事實(shí)上，MEMS加速度計(jì)的工作原理與Celesco傳感器類似，并且已在許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中得到驗(yàn)證，例如手機(jī)和汽車安全氣囊中的運(yùn)動(dòng)傳感器。

Celesco傳感器相關(guān)術(shù)語(yǔ)解釋：

補(bǔ)償交叉靈敏度：僅用于雙軸傾角傳感器。 一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)軸的傾斜會(huì)影響另一個(gè)軸。 補(bǔ)償可以盡可能地減少這種影響。

振動(dòng)抑制特性：用于設(shè)置濾波器。 通過(guò)設(shè)置，可以消除振動(dòng)帶來(lái)的負(fù)面影響，獲得穩(wěn)定的信號(hào)輸出。

溫度系數(shù)：傾斜傳感器會(huì)受到溫度的影響，輸出信號(hào)會(huì)隨著溫度的升高而變差。