隨著生產(chǎn)和科學(xué)的不斷發(fā)展，角度測(cè)量越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)科研等各個(gè)領(lǐng)域，并且隨著技術(shù)水平和測(cè)量精度的不斷提高。市場(chǎng)對(duì)傳感器的需求越來越大。以傾角傳感器為例，目前國(guó)內(nèi)能自主生產(chǎn)的傾角傳感器不多。根據(jù)定義，傾角傳感器用于測(cè)量相對(duì)于水平面的傾角變化。換句話說，傾斜傳感器實(shí)際上是利用慣性原理的加速度傳感器。單從工作原理來說，可以分為三種傾角傳感器:“固體擺”、“液體擺”和“氣體擺”。

根據(jù)傾斜傳感器的分類，安裝在傾斜傳感器中的軸的數(shù)量可以分為兩類:單軸和雙軸。單軸和雙軸分別可以測(cè)量哪些角度？單軸傾斜傳感器只能測(cè)量圍繞一個(gè)軸的角度變化，而雙軸傾斜傳感器可以測(cè)量相對(duì)于兩個(gè)軸的角度變化。我們所說的傾斜傳感器可以水平和垂直安裝。根據(jù)不同的安裝方式，單軸和雙軸傾斜傳感器測(cè)量的角度是不同的。雙軸可以測(cè)量側(cè)翻和俯仰角，單軸只能在選擇水平安裝時(shí)測(cè)量側(cè)翻或俯仰角。如果選擇垂直安裝時(shí)單軸只能測(cè)量側(cè)翻角度，則俯仰角不是可選的。目前市場(chǎng)上有很多高分辨率的單軸傾角傳感器。

其中:h-傳熱系數(shù)(w/m2×k)，s-熱線表面積(m2)，th-熱線溫度(k)，ta-氣體溫度(k)。

傳熱系數(shù)h與流體的導(dǎo)熱系數(shù)、動(dòng)態(tài)粘度、流體速度和熱線直徑有關(guān)，表示為:(3)

其中Nu為——努塞爾數(shù)，l為——熱導(dǎo)率(W/mK)，Re為——雷諾數(shù)，U為——流體速度(m2/s)，D為——熱線直徑(m)，n為——流體的動(dòng)態(tài)粘度。

當(dāng)氣流以速度u垂直通過熱線時(shí)，(4)

將公式(4)代入公式(3)得到:(5)

根據(jù)熱平衡方程:

所以:(6)

假設(shè)和s是常數(shù)，有:(7)

從方程(7)可以看出，當(dāng)流體的動(dòng)態(tài)粘度、密度和導(dǎo)熱系數(shù)不變時(shí)，如果流體在熱線周圍的速度不同，流過熱線的電流也會(huì)不同，會(huì)導(dǎo)致熱線兩端的電壓發(fā)生相應(yīng)的變化。氣體擺式慣性器件是根據(jù)一種原理研制的。

氣體擺檢測(cè)裝置的核心敏感元件是熱線。電流流過熱線，熱線產(chǎn)生熱量，使熱線保持一定溫度。熱線的溫度比周圍氣體的溫度高，動(dòng)能增加，所以氣體向上流動(dòng)。在平衡狀態(tài)下，如圖4(a)所示，熱線在同一水平面上，上升氣流通過它們的速度相同，即v1 = v1’。此時(shí)，氣流對(duì)熱線的影響是相同的，并且從等式(7)可以知道流過熱線的電流是相同的，并且電橋是平衡的。當(dāng)封閉腔傾斜時(shí)，熱線相對(duì)于水平面的高度發(fā)生變化。如圖4(b)所示，由于封閉型腔內(nèi)的氣流是連續(xù)的，在向上運(yùn)動(dòng)的過程中，熱氣流依次通過下部和上部熱線。如果忽略氣體上升過程中克服重力的能量損失，通過上熱線的氣流已經(jīng)與下熱線進(jìn)行了熱交換，使得氣體在通過兩根熱線時(shí)流速不同。這時(shí)，V2&:分；> v2，所以流過兩根火線的電流會(huì)相應(yīng)變化，所以電橋失去平衡，輸出一個(gè)電信號(hào)。不同的傾斜角輸出的電信號(hào)是不同的。

二、傾角傳感器的工作原理:固體、液體和氣體擺性能的比較

就基于固體擺、液體擺和氣體擺原理的傾角傳感器而言，它們各有優(yōu)勢(shì)。在重力場(chǎng)中，固體擺的敏感質(zhì)量是擺質(zhì)量，液體擺的敏感質(zhì)量是電解質(zhì)，氣體擺的敏感質(zhì)量是氣體。

氣體是密封腔體中唯一的運(yùn)動(dòng)體，質(zhì)量小，大沖擊或高過載時(shí)產(chǎn)生的慣性力也小，因此具有很強(qiáng)的抗振或沖擊能力。然而，氣體運(yùn)動(dòng)的控制是復(fù)雜的，影響其運(yùn)動(dòng)的因素很多，因此其精度不能滿足軍用武器系統(tǒng)的要求。

固體擺傾斜傳感器有確定的擺長(zhǎng)和擺心，其機(jī)理與加速度傳感器基本相同。在實(shí)踐中，有許多類型的產(chǎn)品，如電磁擺，具有很高的測(cè)量范圍、精度和抗過載能力，廣泛應(yīng)用于武器系統(tǒng)中。

液體傾斜傳感器介于二者之間，但系統(tǒng)穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于高精度系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外大部分產(chǎn)品都是這種類型。

精密測(cè)控是一家專注于生產(chǎn)軍用和工業(yè)級(jí)傾角、羅盤和陀螺儀傳感器的公司，提供慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、組合導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性測(cè)量單元、航向姿態(tài)系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品解決方案等多種自主研發(fā)的傳感器。