村田倾斜传感器之倾斜检测

2016-01-28阅读：10000+微信志 / 村田中文技术社区

对很多产品来说相对地球重力的方向是垂直还是水平这一信息是很重要的。例如，在许多国家升降机和起重机的倾斜检测是依法必须履行的义务。另外，在交通运输中倾斜检测也是极为重要的。

例如，对于能在雪地上或沙地上行进的履带汽车等越野车辆来说，为了避免发生事故和确保安全，需要具备倾斜检测功能。而对悬摆式铁路车辆来说，倾斜检测可以修正离心加速度。总的来说，也就是能够通过倾斜传感器保持车辆底盘所在平面始终与重力方向垂直。

此外，即使是平面激光器等光学装置，对水平或垂直状态的检测也是必须的。在大多数情况下，会分别检测相互垂直两个面的倾斜角。

面向倾斜检测的产品

在Murata Electronics Oy (以下简称MFI) 的传感器产品中，被用于位置检测的倾斜传感器有以下3个系列。

SCA61T系列: 用于1轴测量

SCA100T系列: 用于2轴测量

SCA103T系列: 用于高精度1轴测量

上述传感器的封装都是可被贴装于印制电路基板的DIP (Dual In-line Package) 型，且安装方向与测量方向平行。上述系列都各自具有不同的测量范围。

传感器型号轴数测量范围截止频率

SCA61T-FAHH1G1轴±0.5g ±30゜8Hz

SCA61T-FA1H1G1轴±1g ±90゜8Hz

SCA100T-D012轴±0.5g ±30゜18Hz

SCA100T-D022轴±1g ±90゜18Hz

SCA103T-D041轴±0.26g ±15゜18Hz

SCA103T-D051轴±0.5g ±30゜18Hz

测量原理

MFI的倾斜传感器通过测量地球的重力加速度分量来对倾斜进行测量。也就是说倾斜传感器所测量到的重力加速度分量等于倾斜角度的正弦 (sin) ×1g，通过逆运算就能得到角度数据。如果所测量到的重力加速度分量为0g，那么倾斜角就为0°。

关于精度产生误差的主要因素：

在倾斜测量中，产生误差的主要因素有以下6点:

1、零点误差

最主要的误差因素是零点误差。在-25°～85°的工作温度范围内，零点误差为±10mg (6σ管理界限) ，也就是说温度依赖性为±0.1mg/℃。可以通过校正和温度补偿来减轻环境温度所造成的影响。

2、传感器自身固有的误差

倾斜传感器所测量出的加速度与1g×sin (倾斜角度+传感器自身固有误差) 成比例。传感器自身固有的误差最大为±2.9° (相当于±50mg) 。该误差对于将角度扩大数倍的装置来说尤为重要。另外，由于加速度与倾斜角呈非线性的关系，所以需要注意在不同角度下对误差产生的不同影响。

3、灵敏度误差

灵敏度误差为±1.5% (在－20～＋85℃范围内) 。SCA61T-FAHH1G的最大灵敏度误差为±20mg，而SCA61T-FA1H1G的最大灵敏度误差为±40mg。

4、他轴灵敏度

他轴灵敏度 (4%) 是指当受到与测量面垂直的面上的加速度时的灵敏度。他轴灵敏度与第2项所述一样，也会受到传感器自身固有误差的影响。

5、振动误差

MFI的倾斜传感器采用了过阻尼结构，因此能够尽可能的降低高频振动的影响 (高频部分的截止频率f-3dB=2～10Hz) 。但是在大幅度振动的极端情况下将会发生零点转移。

6、比例误差 (电源电压的变动所引起的误差)

为了使倾斜传感器稳定地工作，需提供5V的稳定电压，或者需保持在4.75～5.25V的范围内。电源电压一旦发生变动，最大将有可能产生2%的误差。当SCA61T-FA1H1G的电源电压从5V变为5±0.25V时，相对Vdd/2的参考电位将会产生最大5mg的误差。