玉树供应无线倾角传感器

　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G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基于此原理。

　　2、“液体摆”式惯件

　　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。当装置通电时，对气体加热。在热线能量交换中对流是主要形式。

　　对流传热的方程为：（2）

　　其中：h—热量传递系数（w/m2×k），s—热线表面积(m2)，TH—热线温度（K），TA—气体温度（K）。

　　热量传递系数h与流体的热传导率、动力学粘度、流体速度和热线直径有关，表示为：（3）

　　其中：Nu为—努塞尔（Nusselt）数，l—热传导率（W/mK），Re—雷诺（Reynold）数，U—流体速度（m2/s）,D—热线的直径（m）,n—流体的动力学粘度。

　　当气流以速度U垂直穿过热线时，（4）

　　将（4）式代入（3）式得：（5）

　　根据热平衡方程可得：

　　所以：（6）

　　假设和s为常数，则有：（7）

　　从式（7）可以看出，当流体的动力学粘度、密度和热传导特性一定时，若热线周围流体的速度不同，则流过热线的电流也不同，从而引起热线两端的电压也产生相应的变化。气体摆式惯件就是根据一原理研制的。

　　气体摆式检测器件的核心敏感元件为热线。电流流过热线，热线产生热量，使热线保持一定的温度。热线的温度**它周围气体的温度，动能增加，所以气体向**动。在平衡状态时，如图4(a)所示，热线处于同一水平面上，上升气流穿过它们的速度相同，即V1＝V1′，这时，气流对热线的影响相同，由式（7）可知，流过热线的电流也相同，电桥平衡。当密闭腔体倾斜时，热线相对水平面的高度发生了变化，如图4(b)所示，因为密闭腔体中气体的流动是连续的，所以热气流在向上运动的过程中，依次经过下部和上部的热线。若忽略气体上升过程中克服重力的能量损失，则穿过上部热线的气流已经与下部热线的产生热交换，使穿过两根热线时的气流速度不同，这时V2￠＞V2，因此流过两根热线的电流也会发生相应的变化，所以电桥失去平衡，输出一个电信号。倾斜角度不同，输出的电信号也不同。

　　二、固、液、气体摆性能比较

　　就基于固体摆、液体摆及气体摆原理研制的倾角传感器而言，它们各有所长。在重力场中，固体摆的敏感质量是摆锤质量，液体摆的敏感质量是电解液，而气体摆的敏感质量是气体。

　　气体是密封腔体内的一运动体，它的质量较小，在大冲击或高过载时产生的惯性力也很小，所以具有较强的抗振动或冲击能力。但气体运动控制较为复杂，影响其运动的因素较多，其精度无法达到*武器系统的要求。

　　固体摆倾角传感器有明确的摆长和摆心，其机理基本上与加速度传感器相同。在实用中产品类型较多如电磁摆式，其产品测量范围、精度及抗过载能力较高，在武器系统中应用也较为广泛。

　　液体摆倾角传感器介于两者之间，但系统稳定，在高精度系统中，应用较为广泛，且国内外产品多为此类。

基于倾角传感器的移动通信铁塔形变预警系统

系统设计目标

基于物联网技术的思路，设计、开发一套移动通信铁塔形变监测系统，实时监控通信铁塔的工作状态，及时发现铁塔存在的安全隐患，实现对铁塔实时、预防性和量化的维护。采用传感器采集铁塔的各项数据，同时将现场的监测数据传送到监控中心，并通过短信将存在问题的铁塔及相关数据发送给对应的维护人员，方便维护人员有重点的进行铁塔维修、维护。具体的建设目标有以下几点：

（1） 移动通信铁塔形变监测预警系统能够 24 小时实时监控铁塔状态信息。这对监控单元供电设计提出较高要求，需要监控单元能够长时间有效工作，功耗尽可能降低；

（2） 监控单元在极限高温和低温下能正常使用。由于在某些地区，通信铁塔所处区域会出现-40℃或 85℃的恶劣气候。因此，要求监控单元的工作温度范围为-40℃~85℃；

（3）监控单元能够高灵敏度的监测铁塔垂直度的变化，可根据对数据积累、分析，修改铁塔形变报警的各项标准。

（4） 如铁塔出现形变，以短信形式通知维护人员，短信内容简单明确，铁塔倾角数据易查询，方便维护人员快速找到形变铁塔问题所在。