Домой Точность превыше всего Инклинометр. Измеряем наклон объекта

Инклинометр. Измеряем наклон объекта

471
0
инклинометр

инклинометрИнклинометры, или датчики уклонов, предназначены для определения углового места расположения объекта с учётом силы тяжести. При помощи таких устройств предварительно устанавливается угол наклона контролируемой системы, а затем производится вывод информации через устройства цифровой индикации.

Принцип работы

Инклинометры измеряют угол ориентации объекта относительно силы тяжести. Это может быть сделано при помощи акселерометра, который контролирует эффект гравитации на малых массах, подвешенных в упругой опорной конструкции. Когда устройство наклоняется, эта масса будет перемещаться, вызывая изменение ёмкости между массой и несущей структурой. Угол наклона рассчитывается по измеренным ёмкостям.

Датчик такого инклинометра состоит из следующих деталей:

  1. Контрольной массы.
  2. Контактов.
  3. Пружин.
  4. Фиксированных электродов.

устройство инклинометра

Когда инклинометр находится в горизонтальном положении, то измеряется ёмкость между электродами. Если датчик наклонен, подвижная масса и его контакт изменят положение относительно неподвижного электрода. Это результирующее изменение ёмкости между двумя электродами измеряется ячейкой датчика и используется для расчета нового значения наклона.

скваженный инклинометр

Виды

Классификация рассматриваемых приборов включает в себя следующие разновидности инклинометров:

  • Цифровые.
  • Гироскопические.
  • Автомобильные.
  • Электронные.

Изложенный принцип работы реализован во многих промышленных и бытовых приложениях, таких как датчики движения мобильного телефона или автомобильные подушки безопасности. В последних случаях достаточно использовать акселерометры сравнительно невысокой точности, которые обычно дают погрешность ±1 градус. В промышленных инклинометрах (типа ИЭМ-36, применяющихся при бурении скважин) применяется набор точных электродов для улучшения разрешения и точности измерения. При этом в инклинометрах статического действия, подвижная масса физически демпфируется, чтобы снизить чувствительность этих датчиков к частотам выше 29 Гц.

иэм 36

Такие устройства имеют ограничение: в случае сильного удара и вибрации, физического демпфирования может быть недостаточно для подавления помех, поскольку встроенные программные фильтры недостаточно эффективны. В статических инклинометрах TILTIX с этой целью можно активировать фильтры сглаживания сигнала, но оперативность срабатывания существенно замедляется.

Для динамических движений с сильными ускорениями следует использовать инклинометры ИММН-32а или POSITAL Dynamic TILTIX. Они основаны на другой технологии (без физического демпфирования), поэтому не требуется искать компромисс между стабильностью и временем отклика. Такие устройства обладают повышенным числом измерительных точек, и могут производить замеры непрерывно.

иммн 32а

Динамические инклинометры POSITAL объединяют два принципа измерения с использованием двух разных датчиков: 3D-датчика ускорения и 3D-гироскопа. 3D-датчик ускорения не демпфируется (в отличие от устройств, используемых в статических инклинометрах) и может следовать быстрым динамическим движениям. В то же время 3D-гироскоп измеряет скорости вращения, основываясь на принципах инерции. Сигналы от акселерометров и гироскопов объединяются, чтобы произвести измерение наклона, которое полностью компенсирует эффекты ускорений. В результате динамические инклинометры могут надежно использоваться на мобильном оборудовании, таком как строительная техника, автомобили, краны или робототехнические системы.

Последовательность работы и возможности

В начальной фазе применения характеристики инклинометра сравниваются со встроенным гироскопом и исходным выходным сигналом. Акселерометр измеряет положение наклона, а гироскоп определяет скорость вращения. Наличие периодически изменяющегося ускорения оказывает огромное влияние на акселерометр, но ограниченно сказываются на скоростях вращения гироскопа.

Затем оба сигнала объединяются, чтобы получить наилучшее значение от каждого датчика. Таким образом, фактическое значение положения отделяется от ошибок, вызванных внешними ускорениями.

Внешние датчики подразделяются на две группы – одно- и двухосевые (соотвественно для оси X и оси Y). Каждая из осей показывает угол наклона относительно поля силы тяжести. Одноосевые датчики обычно устанавливают вертикально. Мониторинг силы ускорения вдоль одной или нескольких осей может использоваться для реализации дополнительных функций. Например, можно остановить автомобиль, если превышен определённый порог ускорения.

автомобильный инклинометр

Оценка сигнала датчика производится в режиме реального времени при помощи следящего микроконтроллера. Параллельно измеряется температура. Интеллектуальные алгоритмы цифрового фильтра уменьшают окружающий шум и вибрацию, чтобы обеспечить точный и стабильный сигнал при любых условиях окружающей среды.

Выбор типоразмера инклинометра выполняется по:

  1. Времени цикла датчика (фиксированное, обычно не более 5 мс).
  2. Времени цикла передачи информации (может быть задано пользователем).
  3. Абсолютной точности.
  4. Максимальной ошибке смещения (дрейфу нуля).
  5. Динамической точности.

Существующие типоразмеры инклинометров позволяют оценить ускорения до 10 м/с² в течение 1 с, а также вибрации от 1 до 1000 Гц с силой 1 г.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here