電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）傾角傳感,，運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器,，能夠提供相對(duì)于重力的傾角信息,。這種傳感器廣泛地使用在監(jiān)控各類(lèi)設(shè)備狀態(tài)的應(yīng)用中。

　　在一些手持設(shè)備中,，低成本的表面貼裝傾角傳感器會(huì)被用來(lái)監(jiān)控握持設(shè)備的角度方便執(zhí)行自動(dòng)旋轉(zhuǎn)功能。更高端的一些應(yīng)用場(chǎng)景則在各類(lèi)工業(yè)機(jī)械,、車(chē)輛和建筑設(shè)備里,，這些場(chǎng)景需要高性能且足夠可靠的傾角傳感器來(lái)輔助行駛控制、吊桿傾角測(cè)量,、傾翻保護(hù)等等和安全息息相關(guān)的功能,。

　　從傾角開(kāi)關(guān)到MEMS

　　最早的傾角傳感嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不算是傳感器，只是由底部帶導(dǎo)電板的滾球組成的開(kāi)關(guān),。當(dāng)設(shè)備傾斜的角度達(dá)到某個(gè)限度后球滾到底部,，與板形成電氣連接產(chǎn)生指示信號(hào)。從其原理來(lái)看我們可以將其稱(chēng)之為電力機(jī)械傾角開(kāi)關(guān),。

　　隨后,，早期的傾角傳感在密封腔內(nèi)含有電阻或電容液體,，當(dāng)設(shè)備發(fā)生傾斜時(shí)，液體流向發(fā)生改變,，從而改變內(nèi)部電路的電阻或電容,，然后再通過(guò)電路輸出直接監(jiān)控。這時(shí)候的傾角傳感已經(jīng)可以提供相當(dāng)準(zhǔn)確可靠的傾斜數(shù)據(jù),，但是不足的是傳感器本身極容易受到外部干擾,，而且響應(yīng)速度并不快。

　　隨著微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)的不斷發(fā)展,，傳感器開(kāi)始發(fā)生翻天覆地的變化,，現(xiàn)在的傾角傳感基本上都采用MEMS技術(shù)，將機(jī)械與電氣元件組合在芯片上,?；贛EMS的傾角傳感器會(huì)在硅芯片中增加一個(gè)質(zhì)量塊，通過(guò)重力的變化影響電氣輸出,。MEMS傾角傳感器,，以其小體積、高性能,、低成本等優(yōu)勢(shì)快速占領(lǐng)航空航天,、工程機(jī)械和消費(fèi)電子等多個(gè)領(lǐng)域，并且市場(chǎng)占比率逐年增加,，在工業(yè)傾角測(cè)量里已成為首選方案,。當(dāng)然在MEMS傾角傳感器下面也還有不少細(xì)分技術(shù)路線，如電容式,、諧振式等,。就目前國(guó)際主流MEMS傾角傳感廠商的技術(shù)路線來(lái)看，基本上都采用了電容式,。

　　傾角檢測(cè)中的挑戰(zhàn)

　　雖然基于MEMS的傾角傳感相比于傳統(tǒng)的液體技術(shù)傳感已經(jīng)解決了響應(yīng)速度,、使用壽命等方面的短處，但擺在MEMS傾角檢測(cè)的挑戰(zhàn)并沒(méi)有減輕,。傾角傳感的功能和精確度受多種因素影響,，比如上圖中的“雙軸”。軸數(shù)的選擇需要根據(jù)具體應(yīng)用來(lái)選擇,，軸數(shù)選擇不合適會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響,。其他的因素還包括溫度、傾角傳感器刻度,、線性度和交叉軸靈敏度等,。

　　區(qū)分靜態(tài)與動(dòng)態(tài)應(yīng)用同樣是一處挑戰(zhàn)，在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中,，傳感器受振動(dòng),、沖擊等額外產(chǎn)生的加速度影響,，而在靜態(tài)應(yīng)用中，這些加速度通常是可以忽略的,。如果傳感器捕捉了額外的加速度,，任何足夠小的額外加速度都會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的傾角變形。這在所有基于重力的傾角傳感中很常見(jiàn)的,，也很容易造成較大的測(cè)量誤差,。

　　即便傳感器本身的性能足夠優(yōu)秀，能實(shí)現(xiàn)很高的精確度,，一旦額外的加速度混入其中,，誤差可能瞬間超出限度。為了解決這種挑戰(zhàn),，很多廠商會(huì)使用低通濾波器來(lái)抑制振動(dòng)和沖擊,，這的確解決了一部分問(wèn)題，但是低通濾波器的引入又衍生出了輸出延遲的問(wèn)題,。

　　那么,，如何既能抑制振動(dòng)誤差又能即時(shí)反應(yīng)傾角輸出？

　　智能化傾角檢測(cè)與傳感器融合

　　無(wú)論執(zhí)行怎樣的濾波和補(bǔ)償,，單一傳感不可能面面俱到,。傳感器融合是提升傾角傳感性能的一種行之有效的方法，比如加速度傳感器和陀螺儀的組合,，將一個(gè)傳感器的弱項(xiàng)由另一個(gè)傳感器的強(qiáng)項(xiàng)補(bǔ)償,。對(duì)于大多數(shù)動(dòng)態(tài)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，都同時(shí)需要加速度傳感器和陀螺儀來(lái)測(cè)量和評(píng)估傾斜度,。

　　使用陀螺儀穩(wěn)定傾角傳感器可明顯減少由于速度或方向變化,，以及顛簸和振動(dòng)導(dǎo)致的額外短期加速度的負(fù)面影響。如ST的IIS2ICLX,，通過(guò)傳感器集合功能可有效地從其他外部傳感器收集數(shù)據(jù)，算法將不同傳感器獲取的數(shù)據(jù)融合在一起,，以產(chǎn)生穩(wěn)定但快速跟蹤的傾斜輸出信號(hào),，IIS2ICLX甚至還內(nèi)嵌一組獨(dú)特的AI算法；TE的AXISENSE-G也是三軸傾角傳感器,、陀螺儀和溫度傳感器的大融合,，算法從不同傳感器獲取數(shù)據(jù)后還能補(bǔ)償溫度效應(yīng)。

　　小結(jié)

　　傳感器融合后的傾角傳感,，在動(dòng)態(tài)條件下對(duì)加速度的響應(yīng)更靈敏,，但又不會(huì)受到那些“額外”的加速度影響。加之各種智能化算法的引入,，MEMS傾角傳感又實(shí)現(xiàn)了量程帶寬可配置,、自診斷等智能化功能,。在這些進(jìn)步之下，即便是在振動(dòng)和沖擊強(qiáng)烈的環(huán)境中,，傾角傳感現(xiàn)在也能實(shí)現(xiàn)足夠準(zhǔn)確可靠的傾斜信息,。

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