前言
傾角傳感器是一種用于測量物體相對平面傾斜角度的儀器蒋毕。傾角傳感器又稱作傾角儀略荡、傾斜儀、測斜儀歉胶、水平儀汛兜、傾角計，經(jīng)常用于物體的水平角度變化的jingque測量通今，用它可測量被測平面相對于水平位置的傾斜度粥谬、兩部件相互平行度和垂直度；已成為橋梁架設(shè)辫塌、鐵路鋪設(shè)漏策、土木工程、石油鉆井臼氨、航空航海掺喻、工業(yè)自動化、智能平臺储矩、機械加工等領(lǐng)域不可缺少的重要測量儀器巢寡。
01 傾角傳感器的工作原理
傾角傳感器基于牛頓第二定律原理，通過測量重力加速度和物體相對于垂直方向的加速度椰苟，傾角傳感器內(nèi)的加速度計內(nèi)部有多個微小的質(zhì)量塊。
當物體沒有受到外力時搂拴，重力會使加速度計指向地球的重力方向跷塘。當物體發(fā)生傾斜時，加速度計會感應到重力分量的改變锤勉，通過計算和處理這些數(shù)據(jù)跋共，傾角儀可以準確測量出物體的傾斜度。
如何把傾角的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為可供識別的物理量赵街？工程師利用傾角改變帶來電容絮很、電阻、電流及磁場改變的原理來測量傾斜角度张庄。這類型的傾角傳感器體積大戚绪、功耗高、精度低拢杠，且只能測量靜態(tài)傾角曙辛。典型的電容傾角傳感器的原理如圖所示夏植。
進入90年代以后，隨著微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System,MEMS)和微加工技術(shù)的發(fā)展,基于MEMS技術(shù)的微型加速度傳感器也隨之迅速發(fā)展移鸣。MEMS加速度傳感器具有成本低砸捏，體積小，重量輕隙赁、功耗低垦藏、精度高、抗過載沖擊能力強等特點伞访，便于大規(guī)模制造掂骏，一致性非常好。因此上市后迅速取代了傳統(tǒng)的加速度傳感器咐扭。對于MEMS加速度傳感器芭挽，通常都是3軸的加速度傳感器。因此利用重力加速度在三軸上的分量的比例關(guān)系蝗肪，可以計算出三軸的傾斜角度袜爪。國內(nèi)不少廠商根據(jù)此原理研究出適合各個行業(yè)應用的傾斜角度傳感器，例如國內(nèi)zhiming的深圳安銳科技有限公司的高精度傾角傳感器薛闪，應用于我國“雪龍?zhí)枴笨瓶即却笮脱b備及建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域辛馆。
應用原理中，無線傾角傳感器獲取高精度 MEMS 傳感器的角度值豁延，通過網(wǎng)絡信號把數(shù)值傳輸?shù)狡脚_昙篙，經(jīng)過分析計算，測出被測物的相對角度變化或juedui角度變化写掖。
MEMS傾角傳感器的應用非常廣泛揖岔，關(guān)于原理介紹的資料非常多，在此不再累述侥淤。
02 傾角傳感器都有哪些類型
傾角傳感器按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞娇煞譃橛芯€傾角傳感器與無線傾角傳感器兩種類型文荚。有線傾角傳感器通常采用RS485總線來傳輸傾角信號。無線傾角傳感器常見的有NB-IoT無線傾角傳感器或侥、LORO無線傾角傳感器衬械。
按照工作原理的不同，傾角傳感器可以分為靜態(tài)傾角傳感器和動態(tài)傾角傳感器哺裳。靜態(tài)傾角傳感器主要用于測量物體的靜態(tài)傾斜角度辙霎，例如橋梁、危房坛饥、電力鐵塔等結(jié)構(gòu)物的傾斜監(jiān)測淋憋。動態(tài)傾角傳感器則適用于測量物體在動態(tài)環(huán)境中的傾斜角度，例如航空航天和汽車工業(yè)中的動態(tài)平衡控制吴澜。
此外傻丝，根據(jù)測量范圍的不同甘有，傾角傳感器還可以分為單軸、雙軸和三軸傾角傳感器葡缰。單軸傾角傳感器只能測量物體在一個平面上的傾斜角度亏掀，雙軸傾角傳感器可以同時測量物體在兩個平面上的傾斜角度，而三軸傾角傳感器可以同時測量三個維度的傾斜角度泛释。
部分有實力的廠家還研發(fā)了集成多種傳感器的復合傳感器滤愕，例如安銳測控用于建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的靜力水準儀傾角儀，可以同時測量沉降和傾角及振動怜校，在此基礎(chǔ)上利用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)间影，研究出適合在振動環(huán)境中準確測量沉降+傾斜+振動的動力水準儀。另外高精度三維傾斜角度傳感器通過三角函數(shù)換算為位移數(shù)據(jù)茄茁，便可升級為測量內(nèi)部三維位移的節(jié)段式位移計魂贬。
03 傾角傳感器的選型
在選擇傾角傳感器時，需要考慮測量范圍裙顽、精度付燥、供電方式、聯(lián)網(wǎng)方式颅网、工作環(huán)境和成本等因素段卵。首先，根據(jù)測量范圍確定傳感器的測量范圍翎憨。如果需要測量較大范圍的傾斜角度荤榄，可以選擇測量范圍較大的傳感器。其次磨再，要考慮傳感器的精度借倘，即傳感器輸出數(shù)據(jù)的準確性。高精度的傳感器可以提供更準確的傾斜角度數(shù)據(jù)莉遥。再者轨凡，要選擇適合自己需求的輸出方式，傳感器的輸出可以是模擬信號或數(shù)字信號谋哼。根據(jù)自己的需要選擇合適的輸出方式。此外叔三，還要考慮傳感器的工作環(huán)境缩铸，例如溫度、濕度等硝拧，選擇能夠適應工作環(huán)境的傳感器径筏。最后，根據(jù)預算確定傳感器的成本障陶，選擇性價比較高的傾角傳感器滋恬。
隨著現(xiàn)代社會的需求和技術(shù)的發(fā)展聊训，深圳安銳科技已研發(fā)出集成數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)采集恢氯、無線傳輸带斑、太陽能供電、低功耗休眠喚醒功能的高精度無線傾角儀勋拟，解決了現(xiàn)場沒市電勋磕、沒寬帶、施工布線成本高等需求痛點敢靡。
04 有線傾角傳感器與無線傾角傳感器
? 關(guān)于有線傾角傳感器
有線傾角傳感器內(nèi)置高性能MCU內(nèi)置算法挂滓，通過較高的過采樣率，提高數(shù)據(jù)的高頻特性啸胧，通過數(shù)據(jù)濾波算法去掉不合理的偶發(fā)錯誤數(shù)據(jù)后赶站，用卡爾曼濾波算法進行更高精度的數(shù)據(jù)處理。適用于監(jiān)測頻率要求很高的結(jié)構(gòu)物變形監(jiān)測領(lǐng)域鲫础，無線傾角儀也一樣具有這些惕秧，再配合安銳測控云平臺及物聯(lián)網(wǎng)關(guān)輕松實現(xiàn)遠程監(jiān)測。
通常來說磺勋，建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量巨大侍除，傾角的改變速率是比較微小，且有一個發(fā)展的過程秉疚。常規(guī)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的采樣頻率不高晋蛾，一天一次即可滿足要求。此種情況下椅勿，選擇自帶電池的無線傾角傳感器最為合適艳院，安裝使用非常方便。如安銳測控的無線傾角傳感器扯际，設(shè)置為每天一次工作颠恬，可以工作4年以上，如果有太陽注芯，還可以選擇自帶太陽能的無線傾角傳感器憾汛，可以工作數(shù)十年。值得一提的是安銳測控的無線傾角傳感器自帶智能感知技術(shù)肝陪，如果遇到傾角變化超過預設(shè)值時驳庭，立即喚醒并上傳數(shù)據(jù)，不會錯過關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測氯窍。
有些使用場景饲常，如房屋監(jiān)測，在現(xiàn)場基本都有220V市電狼讨，可以采用成本較低的有線傾角傳感器贝淤。當然柒竞，對采集頻率要求高的監(jiān)測場景，選擇有線傾角傳感器是明智的選擇播聪。
? 關(guān)于無線傾角傳感器
無線傾角傳感器中的NB-IoT直連款與LORA組網(wǎng)款：
這兩款的聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)傳輸方式不同朽基，一臺NBIOT的無線傾角傳感器就是一個獨立的網(wǎng)絡點，直接將數(shù)據(jù)發(fā)送至安銳測控云平臺犬耻，在安銳測控云平臺中踩晶，這種設(shè)備定義為直連設(shè)備；而LORA版分為LORA主節(jié)點和LORA子節(jié)點枕磁，LORA主節(jié)點為多功能網(wǎng)關(guān)-LORA版和4G采集儀-LORA版兩種設(shè)備子桩，LORA子節(jié)點只有一種設(shè)備類型，子節(jié)點為低功耗型設(shè)備涉捂，主節(jié)點為非低功耗型設(shè)備奄刊。
應用范圍也不同，NB-IoT的應用范圍是單點布設(shè)渣冒。LORA應用于多點布設(shè)饱粟。且都是應用在被測物不易布線實施、測點相對較少且分散的場景琅瘦。
例如隧道監(jiān)測掖阶，在隧道中信號不穩(wěn)定甚至是沒有信號的，那么在這種情況下我們就可以選擇LORA款無線傾角傳感器乌诚，利用LORA子節(jié)點向主節(jié)點無線傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)勢炮疲，既把子節(jié)點布置在隧道內(nèi)，而主節(jié)點安裝在隧道外（隧道出口）蜒午，以此主節(jié)點收到子節(jié)點的傳輸數(shù)據(jù)后虎叔，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨蹭J測控云平臺，即可解決無信號也能完成數(shù)據(jù)上傳的困擾截胯。
監(jiān)測設(shè)備需根據(jù)具體應用場景而定铺坞，監(jiān)測要求不同，那么需要配備的功能（性能）則不同洲胖，配置越高價格自然就越貴济榨，安銳測控的無線傾角是三軸的且價格中等偏下。
05 傾角傳感器的應用場景
? 有線傾角傳感器可廣泛應用于房屋危房绿映、橋梁擒滑、大壩、盾構(gòu)頂管绘梦、軌道交通、高層建筑赴魁、邊坡監(jiān)測等場景卸奉。
? 無線傾角傳感器可廣泛應用在橋梁建筑物钝诚、輸電塔/信號塔傾斜、危房榄棵、古建筑凝颇、倉庫貨架、智慧小鎮(zhèn)疹鳄、智慧燈塔末瘾、風機塔筒傾斜監(jiān)測等場景。