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全面解读电解液倾角传感器基础知识!
发布时间:2021-01-20
 
倾角计(tiltmeter)、测斜仪( inclinometer)和 倾斜计( clinometer) 都是指用来测量相对于垂直重力矢量的旋转角度的惯性参考装置,垂直重力矢量是所有外部参考系中最稳定的。在 Jewell 公司,我们把精度最高的传感器称为“tiltmeter”, 把通用 900 系列产品称为“clinometer”。
 
所有 Jewell 倾角计和倾斜计都包括功能齐全的信号调理电子设备,能够在很宽的输入电压范围内产生稳定的输出信号。这一重要特性意味着您可以确信您的测量结果代表的是实际运动,而不是电源的变化。我们的电子设备所提供的高电平电压、电流和串行输出,能确保通过长电缆和无线数据链路进行可靠的数据传输。还有一个额外的益处,我们所有的倾角计的输出中都包含温度测量结果。
 
根据测量分辨力和角度量程,我们将倾角计划分为四种不同的系列。某些倾角计的分辨力为微弧度级(mrad),甚至达到纳弧度级(nrad):这反映了它们的标度变换率极高。
 
电解液倾角传感器
Jewell 公司的倾角计或倾斜计都包含有一个或多个电解液倾角传感器。 这些倾角传感器由盛有电解液的密封玻璃瓶或铝瓶组成。这种导电的电解液中有三个或五个内部电极(取决于倾角传感器的类型)。 参考图 1.传感器的工作原理基于这个基本原理:悬浮在电解液体中的封闭气泡始终定向于垂直于垂直重力矢量。这一现象的传统应用包括卑微木匠的水平尺和气泡水准仪,以及航海测量员的经纬仪和六分仪。
 
电解液倾角传感器没有容易损坏或磨损的机械运动部件,而且因为倾角以重力方向为基准,因此它们可以安装在任何地方,而不需要复杂的工具或固定装置。
 
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图 1: 电解液倾角传感器
 
电解液倾角传感器体积小巧,价格便宜,但却具有惊人的性能。动态范围等于最大测量范围除以传感器可以检测到的最小角度。我们的一些传感器的动态范围大于 120 dB(>1,000,000:1)。
 
它们是如何工作的?
当倾角传感器处于水平状态时,导电的电解液在每个激励电极上的覆盖面积相等,激励电极和拾取电极之间的交流电阻 R1 和 R2 相等。然而,当传感器倾斜时,一个激励电极上的电解液覆盖面积大于另一个激励电极上电解液的覆盖面积,从而造成 R1 和 R2 不相等。
 
如何在倾角计中使用它们
Jewell 倾角计中的倾角传感器的作用等效于交流分压器(电位计)。倾角计的电路产生一个平衡的交流信号并分别施加到这两个激励电极上。见图 2。在拾取电极上测量的输出信号的幅度和相位指示倾斜运动的大小和方向。
 
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图 2: 传感器激励
 
倾角传感器也可以用作惠斯通电桥的灵敏半桥。惠斯通电桥电路主要用于调零(调平)应用。无论使用哪种类型的电路,都只能对倾角传感器施加交流激励。直流电会导致电极电镀而损坏倾角传感器。
 
我们的单轴倾角计使用一个倾角传感器。我们的 500、700 和 800 系列的双轴倾角计使用两个正交方向的倾角传感器。我们的 900 系列双轴倾角计采用有五个电极的电解液倾角传感器,呈十字形排列。在这种情况下,通过交替激励正交的电极对进行双轴倾角测量。

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