浅谈角度传感器的应用

大家好，我是【广州工控传感★科技】传感器事业部，张工。

概述：角度传感器是用来检测与角度相关的各种参数（角位移、角加速度等）的传感器。

应用

角度测量是几何测量的重要组成部分。 角度量的范围很广。 平面角可分为水平面的水平角（或方位角）、垂直面的垂直角（或倾角），空间角是水平角和垂直角的合成； 按范围可分为圆形分度角和小角； 按标称值可分为固定角度和任意角度； 按元件单位可分为线角和面角； 按形成方式可分为固定角度角度和动态角度，固定角度是指加工或组装的部件的角度、仪器旋转后返回静止状态时的角度位置等； 动态角是指物体或系统在运动过程中的夹角，如卫星轨道与地球赤道面的夹角，精密设备主轴旋转时的轴角漂移，实际 角度测量设备以一定的角速度和角加速度运动时输出的时间角度信号。

角度传感器广泛应用于石油、煤炭、钢铁、船舶、隧道、医疗器械、水坝、机械、物探仪器、地质、岩土、石油、矿山、管道、测斜仪、铁路、港口、水利、高层建筑、 墙洞、矿山、隧道、码头、防滑桩和板桩、煤矿、动力冲击实验、地质、卫星GPS系统、风水、越野车、导航、实验仪器、数字水准仪、医疗、机械水准测量 ， 角度测量与监控， 汽车， 起重机械运动检测， 康复系统， 生物工程系统， 虚拟现实， 现实变焦， 运动，惯性导航系统， 人体姿态测量， 工业机械， 摩托车陀螺仪， 光纤， 制导， 平衡， 定向， 方向测量、动态跟踪、捷联、惯性、导航、方位角、角速度、测速、机械、爆炸、测量等行业。

分类

按输入物理量可分为：倾角传感器、角速度传感器、角加速度传感器等。

1、倾角传感器

倾角传感器又称倾角仪、测斜仪、水平仪、倾角仪，常用于测量系统水平角的变化。 倾角传感器用于测量角度的各种应用。 例如高精度激光仪器水准测量、工程机械设备水准测量、远距离测距仪器、高空平台安全防护、定向卫星通信天线俯仰角测量、船舶导航姿态测量、盾构顶管应用、大坝检测、 地质装备倾斜监测、炮管初发角测量、雷达车平台探测、卫星通信车姿态探测等。

2、角速度传感器又称陀螺仪，是利用高速旋转体的动量矩敏感壳绕与旋转正交的一或二轴相对惯性空间的角运动检测装置 轴。 这是一个机械陀螺仪。

3、角加速度传感器是指能够测量角加速度并将测量结果转换成可用的模拟或数字信号的仪器。 广泛应用于无人机、军工、水坝、建筑、玩具、汽车、铁路、地质仪器、建筑仪器等。

选型指南

1.灵敏度的选择

一般来说，在角度传感器的线性范围内，角度传感器的灵敏度越高越好。 因为只有在灵敏度高的情况下，输出信号对应于被测变化的值才比较大，有利于信号处理。 但需要注意的是，传感器的灵敏度高，与测量无关的外部噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。 因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，以尽量减少外界引入的干扰信号。
传感器的灵敏度是定向的。 当被测量为单向量时，其方向性要求较高时，应选择其他方向灵敏度较小的传感器； 如果被测量是多维向量，则传感器的交叉灵敏度越小越好。

2.频率响应特性

角度传感器的频率响应特性决定了要测量的频率范围，测量条件必须保持在允许的频率范围内不失真。 其实传感器的响应总是有一定的延迟的，希望延迟时间越短越好。
传感器的频率响应高，可测信号的频率范围宽，并且由于结构特性的影响，机械系统的惯性大，传感器可测信号的频率低。 在动态测量中，响应特性应根据信号的特性（稳态、瞬态、随机等）来避免过大的误差。

3. 线性范围

角度传感器的线性范围是输出与输入成比例的范围。 理论上，在这个范围内，灵敏度保持不变。 传感器的线性范围越宽，其量程越大，并能保证一定的测量精度。 在选择传感器时，在确定传感器的类型时，首先要看其量程是否满足要求。
但实际上，没有一个传感器可以保证绝对的线性，它的线性也是相对的。 当所要求的测量精度比较低时，在一定范围内，非线性误差较小的传感器可以近似视为线性，这会给测量带来很大的方便。

4. 稳定性

传感器在一段时间内保持其性能不变的能力称为稳定性。 除了传感器本身的结构外，影响传感器长期稳定性的因素主要是传感器的使用环境。 因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须具有很强的环境适应性。
此外，在选择角度传感器前，应考察使用环境，根据具体使用环境选择合适的传感器，或采取适当措施减少对环境的影响。

注意事项

倾角安装注意事项：

安装传感器时，不正确的安装会导致测量角度误差较大。 为保证“两侧”和“两条线”的正确安装，安装时请注意以下两点：

1、“两侧”是指传感器的安装面完全靠近被测物的安装面（被测物的安装面应尽量水平）。

有夹角（如图A中的角a）。 正确的安装方法如图B所示。

2、“两条线”是指传感器的轴线与被测面的轴线平行，两条轴线不能有夹角（如图C中的角度b）。 正确的安装方法如图 D 所示。