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單軸、雙軸、三軸傾角傳感器有什么區別?
專欄:技術支持
發布日期:2020-07-17
閱讀量:3139
作者:安泰
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  日常的空間維度由長、寬、高三個維度組成,而傾角傳感器可以測量這三個維度的傾斜角度?! ∪鐖D所示,以X軸單軸傾角傳感器為例,傳感器的測量面只能與X軸有夾角,傾斜面是固定在一條軸線(Y軸)進行轉動的。
  日常的空間維度由長、寬、高三個維度組成,而傾角傳感器可以測量這三個維度的傾斜角度。因此,傾角傳感器按軸向可分為單軸、雙軸和三軸。根據字面意思,單軸傾角傳感器只能測量某一方向的角度,雙軸傾角傳感器則可以測量互相垂直的兩個方向的角度,而三軸則可以測量三維空間中三個方向繞任意軸變化的角度。 


  我們常說的傾角傳感器一般是指單軸的傾角傳感器,單軸傾角傳感器的理論基礎就是牛頓第二定律。根據基本的物理原理,在一個系統內部,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。 

  而雙軸傾角傳感器則是在單軸的基礎上結合具體的實際要求,設計出的一款針對兩個方向夾角大小的測量工具。

   雙軸傾角傳感器通過直接測量被測物體的加速度,經過積分運算可以得到物體的線速度,然后進一步可以得到物體的位移。從根本上來說傾角傳感器仍是屬于慣性傳感器,遵循物體運動的慣性定律和積分計算方法。雙軸傳感器正是基于這個基本原理設計的,此外還有其他測量原理和測量方法。

  雙軸傾角傳感器共用兩個敏感軸,計為X軸和Y軸。當敏感軸與重力方向垂直時,每次傾斜一度引起的輸出變化值較大;當敏感軸與重力方向呈45度角時,每次引起的變化值較??;當兩者接近平行時,每次偏移幾乎不再引起輸出變化。根據這個原理,雙軸傾角傳感器可以測量更多類型的物體和測量更多類型的角度,極大提高的測量效率。 

  總體而言,雙軸傾角傳感器具有單軸傾角傳感器的測量優點,同時具有單軸所無法達到的測量效果,具有更加寬廣的測量范圍。不過,雙軸傾角傳感器的精度不如單軸,且需要注意的一點是,雙軸的傾角傳感器可以測量X軸和Y軸兩個方向的角度,但不能同時測量X軸與Y軸,一次只能測一條軸向的角度,X軸或Y軸,若同時測量則會引起橫軸誤差,不能確定其值。

  根據所需測量的數據,我們可選擇不同的傾角傳感器。理論上若有三個維度的角度變化,就需要用到三軸的傾角傳感器,但其實在現實應用中,三軸傾角傳感器并不存在,更準確來說是,雙軸傾角傳感器可以測量三維角度的變化,而無須用所謂的“三軸傾角傳感器”。

  如圖所示,以X軸單軸傾角傳感器為例,傳感器的測量面只能與X軸有夾角,傾斜面是固定在一條軸線(Y軸)進行轉動的。同理,Y軸單軸傾角傳感器是以X軸為固定軸進行旋轉的。雙軸傾角傳感器的傾斜面則可以與X、Y軸都有夾角,也可只與其中一個軸有夾角,下圖右側所示為雙軸傾角傳感器傾斜面的一般情況。 


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  從上面單軸與雙軸傾角傳感器的對比分析中,我們可以看出,雙軸傾角傳感器的傾斜面的活動部分是一個點或者線,而單軸則只能是一條線。例如,豎直墻面的傾斜就是以墻體與地基結合線為活動部位,此時可用單軸;而一個豎直桿發生緩慢傾倒的過程,是以接觸點為活動部位,因此,需要用雙軸傾角傳感器進行測量。 

  其實在豎直桿發生傾斜的過程中,無論朝哪個方向傾斜,有一點可以肯定,那就是傾斜后位置與原位置夾角就是傾斜面與水平面的夾角,此角可能只是單個X或者Y軸傾角,也可能兩者都有,這也是為什么只能用雙軸傾角傳感器進行測量。至于為什么沒有三軸傾角傳感器,這是因為當一個傾斜面與X、Y軸的傾斜角度確定了的時候,傾斜面也就固定下來了,沒有變動的可能性,即Z軸的夾角也是確定值。


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