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。傾角傳感器又稱作傾角儀,、傾斜儀,、測斜儀、水平儀,、傾角計,，經(jīng)常用于物體的水平角度變化的精確測量,，用它可測量被測平面相對于水平位置的傾斜度、兩部件相互平行度和垂直度,；已成為橋梁架設,、鐵路鋪設、土木工程,、石油鉆井,、航空航海、工業(yè)自動化,、智能平臺,、機械加工等領域的重要測量儀器。

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，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,，重力會使加速度計指向地球的重力方向。當物體發(fā)生傾斜時,，加速度計會感應到重力分量的改變,，通過計算和處理這些數(shù)據(jù)，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,？工程師利用傾角改變帶來電容、電阻,、電流及磁場改變的原理來測量傾斜角度。這類型的傾角傳感器體積大,、功耗高,、精度低，且只能測量靜態(tài)傾角,。典型的電容傾角傳感器的原理如圖所示,。

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,。MEMS加速度傳感器具有成本低，體積小,，重量輕,、功耗低、精度高,、抗過載沖擊能力強等特點,，便于大規(guī)模制造,，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,。對于MEMS加速度傳感器,，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,，可以計算出三軸的傾斜角度,。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)的深圳安銳科技有限公司的高精度傾角傳感器,，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)測領域,。

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,，通過網(wǎng)絡信號把數(shù)值傳輸?shù)狡脚_,，經(jīng)過分析計算，測出被測物的相對角度變化或角度變化,。

MEMS傾角傳感器的應用非常廣泛,，關(guān)于原理介紹的資料非常多，在此不再累述,。

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,。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,、LORO無線傾角傳感器,。

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,。靜態(tài)傾角傳感器主要用于測量物體的靜態(tài)傾斜角度,，例如橋梁、危房,、電力鐵塔等結(jié)構(gòu)物的傾斜監(jiān)測,。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,。

此外,，根據(jù)測量范圍的不同，傾角傳感器還可以分為單軸,、雙軸和三軸傾角傳感器,。單軸傾角傳感器只能測量物體在一個平面上的傾斜角度，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,。

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，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,，在此基礎上利用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù),，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),，便可升級為測量內(nèi)部三維位移的節(jié)段式位移計,。

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,、精度,、供電方式、聯(lián)網(wǎng)方式,、工作環(huán)境和成本等因素,。首先，根據(jù)測量范圍確定傳感器的測量范圍,。如果需要測量較大范圍的傾斜角度,，可以選擇測量范圍較大的傳感器。其次,，要考慮傳感器的精度,，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),。再者,，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,。根據(jù)自己的需要選擇合適的輸出方式,。此外，還要考慮傳感器的工作環(huán)境,，例如溫度,、濕度等，選擇能夠適應工作環(huán)境的傳感器,。最后,，根據(jù)預算確定傳感器的成本，選擇性價比較高的傾角傳感器,。

隨著現(xiàn)代社會的需求和技術(shù)的發(fā)展，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,、無線傳輸、太陽能供電,、低功耗休眠喚醒功能的高精度無線傾角儀,，解決了現(xiàn)場沒市電、沒寬帶,、施工布線成本高等需求痛點,。

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,，通過較高的過采樣率，提高數(shù)據(jù)的高頻特性,，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,，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)測領域,，無線傾角儀也一樣具有這些,，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,，建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量巨大,，傾角的改變速率是比較微小，且有一個發(fā)展的過程,。常規(guī)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的采樣頻率不高,，一天一次即可滿足要求。此種情況下,，選擇自帶電池的無線傾角傳感器合適,，安裝使用非常方便。如安銳測控的無線傾角傳感器,，設置為每天一次工作,，可以工作4年以上，如果有太陽,，還可以選擇自帶太陽能的無線傾角傳感器,，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),，如果遇到傾角變化超過預設值時,，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,。

有些使用場景,，如房屋監(jiān)測，在現(xiàn)場基本都有220V市電,，可以采用成本較低的有線傾角傳感器,。當然，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,。

? 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,，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，在安銳測控云平臺中，這種設備定義為直連設備,；而LORA版分為LORA主節(jié)點和LORA子節(jié)點,，LORA主節(jié)點為多功能網(wǎng)關(guān)-LORA版和4G采集儀-LORA版兩種設備，LORA子節(jié)點只有一種設備類型,，子節(jié)點為低功耗型設備,，主節(jié)點為非低功耗型設備。

應用范圍也不同,，NB-IoT的應用范圍是單點布設,。LORA應用于多點布設。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,。

例如隧道監(jiān)測,，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，利用LORA子節(jié)點向主節(jié)點無線傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)勢,，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），以此主節(jié)點收到子節(jié)點的傳輸數(shù)據(jù)后,，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。

監(jiān)測設備需根據(jù)具體應用場景而定,，監(jiān)測要求不同,，那么需要配備的功能（性能）則不同，配置越高價格自然就越貴,，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、橋梁,、大壩,、盾構(gòu)頂管、軌道交通,、高層建筑,、邊坡監(jiān)測等場景。

? 無線傾角傳感器可廣泛應用在橋梁建筑物,、輸電塔/信號塔傾斜、危房,、古建筑、倉庫貨架、智慧小鎮(zhèn),、智慧燈塔,、風機塔筒傾斜監(jiān)測等場景。