倾角传感器的原理及性能

	摘要：本文简述了倾角传感器的原理和发展状况对几种原理的倾角传感器的性能作了比较，并给出了相应产品的性能参数


	 


	一、倾角传感器原理


	倾角传感器经常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器，下面就它们的工作原理进行介绍


	１、“固体摆”式惯性器件


	固体摆在设计中广泛采用力平衡式伺服系统，如图１所示，其由摆锤、摆线、支架组成，　摆锤受重力ＧGPS和摆拉力Ｔ的作用，其合外力Ｆ为：　　　　　（１）


	其中，θ为摆线与垂直方向的夹角在小角度范围内测量时，可以认为Ｆ与θ成线性关系如应变式倾角传感器就是基于此原理


	２、“液体摆”式惯性器件


	液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液，并有三根铂电极和外部相连接，三根电极相互平行且间距相等，如图２所示当壳体水平时，电极插入导电液的深度相同如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时，电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻ＲＩ和ＲＩＩＩ若惯性导航液体摆水平时，则ＲＩ＝ＲＩＩＩ当玻璃壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，三根电极浸入液体的深度也发生变化，但中间电极浸入深度基本保持不变如图３所示，左边电极浸入深度小，则导电液减少，导电的离子数减少，电阻ＲＩ增大，相对较则导电液增加，导电的离子数增加，而使电阻ＲＩＩＩ　减少，即ＲＩ＞ＲＩＩＩ反之，若倾斜方向相反，则ＲＩ＜ＲＩＩＩ


	在液体摆的应用中也有根据液体位置变化引起应变片的变化，从而引起输出电信号变化而感知倾角的变化在实用中除此类型外，还有在电解质溶液中留下一气泡，当装置倾斜时气泡会运动使电容发生变化而感应出倾角的“液体摆”


	３　“气体摆”式惯性器件


	气体在受热时受到浮升力的作用，如同固体摆和液体摆也具有的敏感质量一样，热气流总是力图保持在铅垂方向上，因此也具有摆的特性“气体摆”式惯性元件由密闭腔体、气体和热线组成当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时，热线的阻值发生变化，并且惯性导航热线阻值的变化是角度ｑ或加速度的函数，因而也具有摆的效应其中热线阻值的变化是气体与热线之间的能量交换引起的


	“气体摆”式惯性器件的敏感机理基于密闭腔体中的能量传递，在密闭腔体中有气体和热线，热线是一的热源