剖析角度傳感器的基本原理及應(yīng)用

角度傳感器的定義

角度傳感器是指能感受被測角度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。角度傳感器，顧名思義，是用來檢測角度的。它的身體中有一個孔，可以配合樂高的軸。當(dāng)連結(jié)到RCX上時，軸每轉(zhuǎn)過1/16圈，角度傳感器就會計數(shù)一次。

往一個方向轉(zhuǎn)動時，計數(shù)增加，轉(zhuǎn)動方向改變時，計數(shù)減少。計數(shù)與角度傳感器的初始位置有關(guān)。當(dāng)初始化角度傳感器時，它的計數(shù)值被設(shè)置為0，如果需要，你可以用編程把它重新復(fù)位。

通過計算旋轉(zhuǎn)的角度可以很容易的測出位置和速度。當(dāng)在機器人身上連接上輪子（或通過齒輪傳動來移動機器人）時，可以依據(jù)旋轉(zhuǎn)的角度和輪子圓周數(shù)來推斷機器人移動的距離。然后就可以把距離轉(zhuǎn)換成速度，你也可以用它除以所用時間。

實際上，計算距離的基本方程式為：距離=速度×?xí)r間

由此可以得到：速度=距離/時間

磁敏角度傳感器

磁敏感角度傳感器采用高性能集成磁敏感元件，利用磁信號感應(yīng)非接觸的特點，配合微處理器進(jìn)行智能化信號處理制成的新一代角度傳感器。

特點：無觸點、高靈敏度、接近無限轉(zhuǎn)動壽命、無噪聲、高重復(fù)性、高頻響應(yīng)特性好。

優(yōu)點:

1、磁鋼位置未對準(zhǔn)自動補償；

2、故障檢測功能；

3、非接觸位置檢測功能，是滿足苛刻環(huán)境應(yīng)用需求的理想選擇。

應(yīng)用領(lǐng)域:

1、工業(yè)機械、工程機械建筑設(shè)備、石化設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、航空航天儀器儀表、國防工業(yè)等旋轉(zhuǎn)速度和角度的測量.

2、汽車電子腳踩油門角位移,方向盤位置,座椅位置,前大燈位置;

3、自動化機器人,運動控制,旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)動和控制.

電容式角位移傳感器

電容式角位移傳感器用于測量固定部件(定子)與轉(zhuǎn)動部件(轉(zhuǎn)子)之間的旋轉(zhuǎn)角度，因其具有結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，靈敏度高，適合動態(tài)測量等特點，而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動控制。

一般來說，電容式角位移傳感器由一組或若干組扇形固定極板和轉(zhuǎn)動極板組成，為保證傳感器的精度和靈敏度，同時避免因環(huán)境溫度等因素的改變導(dǎo)致介電常數(shù)、極板形狀等的間接變化，進(jìn)而對傳感器性能產(chǎn)生不利影響，對傳感器的制作材料、加工工藝以及安裝精度提出了較高要求，為了克服電容角位移傳感器的局限性，國內(nèi)外科學(xué)工作者進(jìn)行了長期的大量研究工作，其主要思想方法是將傳感器設(shè)計成差動結(jié)構(gòu)。

傳感器系統(tǒng)原理框圖如圖所示：

由敏感元件、測量電路、智能部件與接口部件構(gòu)成，敏感元件的結(jié)構(gòu)所示如圖1，測量部件由選擇單元、激勵源和電荷檢測單元組成;智能部件由I/O單元、A/D單元、濾波單元、角度計算單元等組成;接口部件由電流輸出單元、RS232通訊單元等組成。

敏感元件檢測反映角度位置的電容值，是傳感器的初始轉(zhuǎn)換單元，測量單元采用了先進(jìn)的抗雜散微小電容檢測電路，將電容值轉(zhuǎn)換為電信號，智能部件的主要功能是通過比例式算法計算出角位移量，最后由接口部件輸出角度計算結(jié)果。

傾角傳感器

傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平測量，從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”三種傾角傳感器，傾角傳感器還可以用來測量相對于水平面的傾角變化量。

傾角傳感器基本原理

理論基礎(chǔ)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(jìn)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。

當(dāng)傾角傳感器靜止時也就是側(cè)面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。

隨著MEMS 技術(shù)的發(fā)展，慣性傳感器件在過去的幾年中成為最成功,應(yīng)用最廣泛的微機電系統(tǒng)器件之一，而微加速度計就是慣性傳感器件的杰出代表。

作為最成熟的慣性傳感器應(yīng)用，現(xiàn)在的MEMS 加速度計有非常高的集成度，即傳感系統(tǒng)與接口線路集成在一個芯片上。

傾角傳感器把MCU，MEMS加速度計，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通訊單元全都集成在一塊非常小的電路板上面?？梢灾苯虞敵鼋嵌鹊葍A斜數(shù)據(jù)，讓人們更方便的使用它。

其特點是：硅微機械傳感器測量(MEMS)以水平面為參面的雙軸傾角變化。輸出角度以水準(zhǔn)面為參考，基準(zhǔn)面可被再次校準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)方式輸出，接口形式包括RS232、RS485和可定制等多種方式。抗外界電磁干擾能力強。