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關(guān)于傾角計，你想知道的都在這了！

歐美大地儀器設(shè)備中國有限公司更新于：2020-09-15

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?測斜儀是通過測量測斜管軸線與鉛錘線之間的夾角變化量，來監(jiān)測土、巖石和建筑物的側(cè)向（水平）位移和豎向（垂直）位移的高精度儀器。測斜儀有活動型和固定型兩種。

測斜類儀器中英文表述辨析

Clinometer	Inclinometer	Tiltmeter
傾斜計	測斜儀	傾角計
都是指用來測量相對于垂直重力矢量的旋轉(zhuǎn)角度的慣性參考裝置，垂直重力矢量是所有外部參考系中較穩(wěn)定的。

對測斜類產(chǎn)品來說，“測斜儀”更偏重定性且分辨力較低；“傾角計”更偏重定量且分辨力較高。

“儀”	“計”
儀是指測量和記錄觀察量現(xiàn)時值的可視裝置和設(shè)備。例如：氣體報警儀、成分分析儀、應(yīng)變儀、校驗儀等。能夠直接觀察到讀數(shù)和狀態(tài)。	計是指表示被分析物的信號ZH已經(jīng)被直接轉(zhuǎn)化成了電信號且不可觀察到測量值的工作裝置。另外一般認(rèn)為比較小的儀器用計表示，如溫度計、pH計等。

以Jewell品牌為例，Jewell測斜類儀器的精度和分辨力均能達(dá)到很高的水平，因此在產(chǎn)品資料的翻譯中均選擇了“傾角計”這一名稱。但實際上，我們把精度高的傳感器稱為“tiltmeter”，把通用900系列產(chǎn)品稱為“clinometer”。

傾斜測量概述

傾角的定義 …

直線或平面與水平線或水平面所成的角，或者一直線與其在平面上的射影所成的角等，都叫傾角。

傾斜測量的定義 …

直接法測量：在一個測點上直接測量偏離基準(zhǔn)面(或基準(zhǔn)線) 的夾角，所采用儀器稱傾角計（傾斜儀）。傾角計的種類很多，可分為兩類，一類是以液體水平面為測量基準(zhǔn)面，另一類是以鉛垂線為測量基準(zhǔn)線。

傾角與方位角辨析 …

為了確定多自由度剛體（飛機(jī)、宇宙飛船、衛(wèi)星、火箭以及等）的運動狀態(tài)，理論上一般根據(jù)參考系和旋轉(zhuǎn)軸的不同分為三個角度描述轉(zhuǎn)動：章動角、進(jìn)動角和自轉(zhuǎn)角。而在工程實際分析和測量飛行器運動時，一般稱為方位角、俯仰角和翻滾角。

方位角

俯仰角

翻滾角

方位角、俯仰角和翻滾角的精確動態(tài)測量對于實現(xiàn)飛行器姿態(tài)監(jiān)測、調(diào)節(jié)和控制具有非常重要的意義。

角度計量單位

角度制 …

用度(°)、分(′)、秒(″)來測量角的大小的制度叫做角度制。

規(guī)定周角的360分之一為1度的角，用度作為單位來度量角的單位制叫做角度制。注意“度”是單位，而非“1度”，因為單位的定義是計量事物標(biāo)準(zhǔn)量的名稱。1度=60角分=3600角秒。

弧度制 …

用弧長與半徑之比度量對應(yīng)圓心角角度的方式，叫做弧度制，用符號rad表示，讀作弧度。

1弧度等于半徑長的圓弧所對的圓心角。由于圓弧長短與圓半徑之比，不因為圓的大小而改變，所以弧度數(shù)也是一個與圓的半徑無關(guān)的量。角度以弧度給出時，通常不寫弧度單位。1弧度= 57.296角度。

傾角傳感器測量原理

測斜類儀器的傳感器型式有很多種，如伺服加速度計式、電阻應(yīng)變片式、電位器式、振弦式、電感式、差動變壓器式等等。

為了后續(xù)討論的方便，現(xiàn)依據(jù)目前市場上廣泛使用的主流分類方式將其細(xì)分為以下三種類型：

電解液式傾角傳感器；
MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng)）傾角傳感器；
力平衡式傾角傳感器。

電解液式傾角傳感器

結(jié)構(gòu)組成：

電解液式傾角傳感器應(yīng)用了液體擺原理，其作為傳感元件，本質(zhì)上是電子水準(zhǔn)儀（電子水平儀）。由一個裝有電解液的玻璃瓶和三個與電解液接觸的電極組成（2個激勵電極+1個拾取電極）。

測量原理：

懸浮在裝有電解液的容器中的氣泡始終被重力矢量垂直平分。傳感器傾斜時，小瓶圍繞氣泡運動，交替覆蓋和暴露兩個激勵電極。在激勵電極上施加恒定交流電壓時，在ZX拾取電極處測量的交流輸出與傾角呈線性比例變化。換言之，傳感器的作用相當(dāng)于交流可變電阻（電位計）。在經(jīng)過適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)理后就能夠得到傾角的測量值。

MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）傾角傳感器

結(jié)構(gòu)組成：

MEMS傾角傳感器通過內(nèi)置的加速度傳感芯片實現(xiàn)對目標(biāo)物體傾角的非接觸式測量。加速度傳感芯片由MEMS傳感部件和信號處理電路組成，MEMS傳感部件如左圖所示。

測量原理：

圖中藍(lán)色部分可移動，紅色部分固定。當(dāng)被測物傾斜時會產(chǎn)生加速或減速，使得藍(lán)色部分移動并導(dǎo)致紅藍(lán)之間電容發(fā)生變化，通過測量電容C1及C2即可確定加速度（如下圖所示）。

力平衡式傾角傳感器

結(jié)構(gòu)組成：

是一種力反饋伺服平衡測量裝置，通常由非接觸位移傳感器、力矩馬達(dá)、誤差和放大電路、反饋電路、懸臂質(zhì)量塊五部分組成。

結(jié)構(gòu)組成：

應(yīng)用固體擺原理，懸臂質(zhì)量塊與力矩馬達(dá)的電樞連接在一起。非接觸位移傳感器用于檢測質(zhì)量塊的位移量和方向。當(dāng)整個傳感器發(fā)生傾斜時，懸臂質(zhì)量塊便離開原來的平衡位置，非接觸位移傳感器檢測出該變化后，將位置信號送入誤差和放大電路，一方面?zhèn)鞲衅鬏敵雠c傾角成一定比例的模擬信號；

另一方面，該信號經(jīng)反饋電路送入力矩馬達(dá)的線圈，此時，力矩馬達(dá)會產(chǎn)生一個與懸臂質(zhì)量塊運動方向相反、大小相等的力矩，力圖使懸臂質(zhì)量塊回到原來的平衡位置。這樣經(jīng)過一定的時間后，懸臂質(zhì)量塊就停留在一個新的平衡位置上，這時，傳感器輸出的信號才是真正有效的信號。該輸出信號一般為直流電壓信號，也可內(nèi)置V/I轉(zhuǎn)換，輸出4~20mA信號。但無論是輸出電壓或者電流信號，都與用度來表示的角度值成正弦關(guān)系。也就是說，要直接以度、分、秒為計量單位來表示角度值時，必須將傳感器輸出的電壓或電流信號進(jìn)行反正弦運算。

傾角傳感器性能的關(guān)鍵參數(shù)

深入了解產(chǎn)品的關(guān)鍵參數(shù)，能夠更加準(zhǔn)確的判斷產(chǎn)品適配度。在測量及數(shù)據(jù)采集過程中能夠判斷相關(guān)數(shù)字特征、解決實際問題。

靜態(tài)特性
傳感器靜態(tài)校準(zhǔn)曲線(實際曲線)是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下測定的。利用一定精度等級的校準(zhǔn)設(shè)備，對傳感器進(jìn)行往復(fù)循環(huán)測試，即可得到輸出-輸入數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)取平均，即為傳感器的靜態(tài)校準(zhǔn)曲線。

靜態(tài)特性指標(biāo)
線性度	靈敏度	精確度/精度
分辨力	遲滯	重復(fù)性
穩(wěn)定性	漂移	標(biāo)度變換率

線性度

在規(guī)定的條件下，傳感器靜態(tài)校準(zhǔn)曲線(實際曲線)與擬合直線間ZD偏差與滿量程輸出值的百分比稱為線性度。

靈敏度

傳感器的靈敏度是指到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時，輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比。

線性傳感器

非線性傳感器

精度

精密度δ：說明傳感器測量結(jié)果的分散程度，是隨機(jī)誤差大小的標(biāo)志，精密度高，意味著隨機(jī)誤差小。注意：精密度高不一定正確度高。

準(zhǔn)確度ε：說明傳感器輸出值與真值的偏離程度。正確度是系統(tǒng)誤差大小的標(biāo)志，準(zhǔn)確度高意味著系統(tǒng)誤差小。同樣，正確度高不一定精密度高。

精度：是精密度與正確度兩者的總和，準(zhǔn)確度高表示精密度和正確度都比較高。在Z簡單的情況下，可取兩者的代數(shù)和。

精確等級A：在工程應(yīng)用中，為了簡單表示測量結(jié)果的可靠程度。

總結(jié)：

精密度：分散性，衡量隨機(jī)誤差；

準(zhǔn)確度：與真值偏離度，衡量系統(tǒng)誤差；

精度：綜合優(yōu)良程度。

分辨力

分辨力是指傳感器能檢測到的Z小的輸入增量。有些傳感器,當(dāng)輸入量連續(xù)變化時,輸出量只作階梯變化,則分辨力就是輸出量的每個“階梯”所代表的輸入量的大小。

遲滯

表征測量系統(tǒng)在全量程范圍內(nèi)，輸入量由小到大(正行程)與由大到小(反行程)標(biāo)定曲線不重合的程度。亦稱滯后、回程誤差、回差或變差。

重復(fù)性

是指傳感器輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)作多次測量時，輸出特性不一致的程度。

穩(wěn)定性

表示傳感器在較長時間內(nèi)保持其性能參數(shù)的能力，故又稱長期穩(wěn)定性。

漂移

傳感器在輸入量不變的情況下，輸出量隨時間變化的現(xiàn)象。

時間漂移：是指在規(guī)定的條件下，零點或靈敏度隨時間的緩慢變化；

溫度漂移：為環(huán)境溫度變化而引起的零點或靈敏度漂移。

標(biāo)度變換率

將對應(yīng)參數(shù)值的大小轉(zhuǎn)換成能直接顯示有量綱的被測工程量數(shù)值，也稱為工程轉(zhuǎn)換。

傳感器選用原則

# 原則 1

不應(yīng)盲目的采用超過測試目的所要求精度的儀器；

# 原則 2

當(dāng)測試系統(tǒng)有許多環(huán)節(jié)組成時，該系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的精度應(yīng)是同一等級的。

注意事項

1.靈敏度的選擇：

一般來說，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題：

量程范圍；
靈敏度過高引起的干擾問題；
交叉靈敏度問題#。

2.線性范圍的選擇：

傳感器在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則傳感器工作量程愈大。

3.測量方式的選擇：

傳感器工作方式，也是選擇傳感器時應(yīng)考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測量、破壞與非破壞性測量、在線與非在線測量等。

傾角傳感器

Jewell

Jewell Instruments

Jewell Instruments是加速度傳感器和傾斜傳感器以及電子羅盤，航空電子元件，螺線管和面板儀表的制造和銷售廠商。為航空航天，YL，工業(yè)，電信等眾多行業(yè)提供定制解決方案。其主要產(chǎn)品為高質(zhì)量傳感器（包括加速度計和傾角計），在航空電子組件的增值領(lǐng)域已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和定制設(shè)計的主要廠商。

歐美大地目前代理Jewell產(chǎn)品9類（500系列、600系列、700系列、750系列、800系列、850系列、900系列、微型傾角傳感器、信號調(diào)理板），51+1（DXI-100/200）種產(chǎn)品。涵蓋了目前主流的所有三種（電解液、力平衡、MEMS）傾角傳感器類型。

#500系列

鉆孔測斜儀是Jewell公司30多年傾角傳感器經(jīng)驗和專業(yè)技能的完滿之作，代表了精密傳感器制造工程的高峰。應(yīng)用包括火山和地殼構(gòu)造的研究、水力壓裂裂縫測繪、微變形監(jiān)測、深海地球物理勘探等。

# 600系列

600系列電解液傾角計具有超高的分辨力，且?guī)缀鯖]有長期漂移，輸出為穩(wěn)定的±8V 直流電壓（±16V 差分）。堅固、可靠、極其精確，是火山監(jiān)測、高精度巖土工程、橋梁撓度監(jiān)測、精密計量、雷達(dá)平臺調(diào)平和高準(zhǔn)確度傾角監(jiān)測等應(yīng)用的優(yōu)選。

# 700系列

700系列電解液傾角計均為平臺安裝或底板安裝形式，便于安裝在水平表面上，其中A716-2型是特別設(shè)計安裝于墻面的型號。另外，700系列中還有D711、A711的廣角型，適用于在傾角變化幅度大的測量領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。

# 750系列

750系列(黑鉆)力平衡式傾角計均配備有精密液體阻尼，因而其在高沖擊和振動環(huán)境中具有優(yōu)越的噪聲YZ能力和出色的輸出穩(wěn)定性。750系列（黑鉆）的輸入范圍、濾波器和溫度補(bǔ)償均可按照用戶的要求進(jìn)行定制。

# 800系列

800系列電解液式傾角計分為土木工程傾角計和潛水傾角計兩種類型。其中潛水傾角計能夠根據(jù)具體的測量環(huán)境選擇深水型和淺水型。深水型傾角計的額定防水等級為2500米；淺水型傾角計的額定防水等級為200米。

# 850系列

850系列MEMS(微電子系統(tǒng))式傾角計是Jewell基于較低成本的MEMS技術(shù)而為工業(yè)應(yīng)用提供的一種實用的設(shè)計方案，分為850和875兩類。其中850型外殼堅固，用戶能夠靈活選擇單雙軸/電源輸入以及進(jìn)行溫度傳感器選購。875型則集高精度與耐用性于一身，體積小巧、經(jīng)濟(jì)實用，具有較高的測量精度。