測角度 傳感器：一種精準測量旋轉角度的傳感器

旋轉傳感器是一種通過安裝在旋轉的物體上測量旋轉物體旋轉圈數，運動距離的高精度傳感器。如下圖所示旋轉傳感器可以用于測量天車的運動距離，卷筒的吊鉤高度，有軌機車的運動距離等。
旋轉傳感器的測距原理
旋轉傳感器和旋轉體安裝在一起同旋轉體一起旋轉，將旋轉角度數據通過無線傳輸模式將數據傳輸給無線接收器，無線接收器再通過RS-485總線/Modbus協議將數據傳輸到服務器或者PLC。
旋轉傳感器采用捷聯慣導（SINS）技術，由三軸陀螺儀、三軸加速度計、嵌入式計算機、無線數傳系統、供電系統組成。傳感器固定安裝在旋轉體（車輪）上，六軸傳感數據通過嵌入式計算機解算出姿態角、累積旋轉角并通過無線數傳系統外傳至接收器。
旋轉傳感器特點
1：旋轉傳感器與輪體無須同軸安裝，可以緊固安裝在輪體任意位置，保持安裝面垂直于地面；
2：旋轉傳感器系統通過RS-485接口連接，遵循Modbus-RTU協議， 數據更新頻率可達100Hz；
3：旋轉傳感器角度精度0.1度。
4：旋轉傳感器采用電池供電，可以連續工作6個月。
軌道位移與累積轉角計算方法：D=C*N，其中，D：軌道位移，C：運動輪周長，N：累積圈數。在運動輪不確定周長的情況下，可以通過 測量軌道位移和累積圈數的方法，反算周長，累積圈數越多，反算結果越準確。
旋轉傳感器接收器遵循Modbus-RTU通訊協議，ID號通過傳感器、接收器的撥碼開關設定，8421編碼格式，ID=0時清空傳感器內部數據，ID從1~255為傳感器工作ID。接收器向系統輸出三類數據，一、轉角數據，二、累積圈數，三、電池電壓。其中累積圈數可以任意設定或清零。
旋轉傳感器圈數清理指令舉例
麥森旋轉傳感器數據解析說明（以ID2為例
第一字節是ID號；
第四~第七字節是圈數，IEEE754單精度浮點數格式，可清零、可任意設定；
第八~第十一字節是角度，IEEE754單精度浮點數格式，只讀；
第十二~第十五字節是電池電壓，IEEE754單精度浮點數格式，只讀電壓低于3V時請給電池充電；
第十六~第十七字節為CRC校驗字節。
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測角度 傳感器：五分鐘帶你深度解讀角度傳感器（干貨分享）

原標題：五分鐘帶你深度解讀角度傳感器（干貨分享）

角度傳感器的定義

角度傳感器是指能感受被測角度并轉換成可用輸出信號的傳感器。 角度傳感器，顧名思義，是用來檢測角度的。它的身體中有一個孔，可以配合樂高的軸。當連結到RCX上時，軸每轉過1/16圈，角度傳感器就會計數一次。

往一個方向轉動時，計數增加，轉動方向改變時，計數減少。計數與角度傳感器的初始位置有關。當初始化角度傳感器時，它的計數值被設置為0，如果需要，你可以用編程把它重新復位。

通過計算旋轉的角度可以很容易的測出位置和速度。當在機器人身上連接上輪子（或通過齒輪傳動來移動機器人）時，可以依據旋轉的角度和輪子圓周數來推斷機器人移動的距離。然后就可以把距離轉換成速度，你也可以用它除以所用時間。

實際上，計算距離的基本方程式為： 距離=速度×時間

由此可以得到：速度=距離/時間

磁敏角度傳感器

磁敏感角度傳感器采用高性能集成磁敏感元件，利用磁信號感應非接觸的特點，配合微處理器進行智能化信號處理制成的新一代角度傳感器。

特點：無觸點、高靈敏度、接近無限轉動壽命、無噪聲、高重復性、高頻響應特性好 。

優點:

1、磁鋼位置未對準自動補償；

2、故障檢測功能；

3、非接觸位置檢測功能，是滿足苛刻環境應用需求的理想選擇。

應用領域:

1、工業機械、工程機械建筑設備、石化設備、醫療設備、航空航天儀器儀表、國防工業等旋轉速度和角度的測量.

2、汽車電子腳踩油門角位移,方向盤位置,座椅位置,前大燈位置;

3、自動化機器人,運動控制,旋轉電機轉動和控制.

電容式角位移傳感器

電容式角位移傳感器用于測量固定部件(定子)與轉動部件(轉子)之間的旋轉角度，因其具有結構簡單，測量精度高，靈敏度高，適合動態測量等特點，而被廣泛應用于工業自動控制。

一般來說，電容式角位移傳感器由一組或若干組扇形固定極板和轉動極板組成，為保證傳感器的精度和靈敏度，同時避免因環境溫度等因素的改變導致介電常數、極板形狀等的間接變化，進而對傳感器性能產生不利影響，對傳感器的制作材料、加工工藝以及安裝精度提出了較高要求，為了克服電容角位移傳感器的局限性，國內外科學工作者進行了長期的大量研究工作，其主要思想方法是將傳感器設計成差動結構。

傳感器系統原理框圖如圖所示：

由敏感元件、測量電路、智能部件與接口部件構成，敏感元件的結構所示如圖1，測量部件由選擇單元、激勵源和電荷檢測單元組成;智能部件由I/O單元、A/D單元、濾波單元、角度計算單元等組成;接口部件由電流輸出單元、RS232通訊單元等組成。

敏感元件檢測反映角度位置的電容值，是傳感器的初始轉換單元，測量單元采用了先進的抗雜散微小電容檢測電路，將電容值轉換為電信號，智能部件的主要功能是通過比例式算法計算出角位移量，最后由接口部件輸出角度計算結果。

傾角傳感器

傾角傳感器經常用于系統的水平測量，從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”三種傾角傳感器，傾角傳感器還可以用來測量相對于水平面的傾角變化量。

傾角傳感器基本原理

理論基礎就是牛頓第二定律，根據基本的物理原理，在一個系統內部，速度是無法測量的，但卻可以測量其加速度。

如果初速度已知，就可以通過積分計算出線速度，進而可以計算出直線位移。所以它其實是運用慣性原理的一種加速度傳感器。

當傾角傳感器靜止時也就是側面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。

隨著MEMS 技術的發展，慣性傳感器件在過去的幾年中成為最成功,應用最廣泛的微機電系統器件之一，而微加速度計就是慣性傳感器件的杰出代表。

作為最成熟的慣性傳感器應用，現在的MEMS 加速度計有非常高的集成度，即傳感系統與接口線路集成在一個芯片上。

傾角傳感器把MCU，MEMS加速度計，模數轉換電路，通訊單元全都集成在一塊非常小的電路板上面?？梢灾苯虞敵鼋嵌鹊葍A斜數據，讓人們更方便的使用它。

其特點是： 硅微機械傳感器測量(MEMS)以水平面為參面的雙軸傾角變化。輸出角度以水準面為參考，基準面可被再次校準。

數據方式輸出，接口形式包括RS232、RS485和可定制等多種方式?？雇饨珉姶鸥蓴_能力強。

編者按

傳感器

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測角度 傳感器：測量角度的傳感器，傾角傳感器最通俗的解釋

傾角傳感器作為一種測量角度的傳感器，一直在各個領域的應用都起著非常重要的作用。例如，在建筑機械、路而機械、港口機械、起重機械等工程機械領域中，為了達到機械狀態監測和姿態控制的目的，要求傾角傳感器能精確測量某平而相對水平而的傾斜角度。傾角傳感器用于操作動作頻繁、露天等環境惡劣的場合，因此在響應速度、可靠性、體積、穩定性、使用壽命和成本方而要求很高。

什么是傾角傳感器？
首先介紹一下什么是傾角傳感器，顧名思義，便是一種專門用來測量角度的傳感器，在任何需要測量物體角度的場合都可能用到它。在微加速度傳感器中，通過測量力或位移來得到加速度。從而獲得測量物體的角度以及角度變化的情況，并對此做出相應的反應。
測量角度的原理是什么？
測量角度的傳感器包括電源裝置、濾波裝置、參數存儲、微處理器、加速度敏感裝置。加速度傳感器為雙軸加速度傳感器，能同時測量兩個正交方向的加速度，輸出信號為脈波，其脈波占空比分別與兩敏上所受的加速度成正比。在零位標定后，標定因數存儲于參數存儲模塊中，微處理器處理輸出的脈波信號并進行線性補償，并通過總線輸出傾斜角度。
傾角傳感器采用高精度MEMS加速度計和高分辨力差分數模轉換器，內置自動補償和濾波算法，可以很大程度消除環境變化造成的誤差。把靜態重力場的變化轉換為傾角變化，通過電流、電壓、數字等方式直接輸出水平傾角數值，抗外界干擾能力強。
傾角傳感器的分類
傾角傳感器可以從測量力或位移兩個方面進行分類，根據測量參數選擇的不同會有很多方法方法，可將微加速度傳感器分別稱為壓阻式、電容式、諧振式、伺服式和隧道式加速度微傳感器。電容式加速度微傳感器具有靈敏度高、直流響應和噪聲特性好、溫漂低、低溫靈敏度好、功耗低等優點，因此采用傳感器作為微加速度傳感器。
傾角傳感器的選擇與使用
通過上述的一些描述，相信大家對于這種測量角度的傳感器——傾角傳感器有了初步的認識，對于接下來的一些實際應用也有了自己的看法。但是基于加速度傳感器的傾角傳感器采用體積小、功耗低、響應速度快和高可靠的傳感元件，已經廣泛應用于工程機械領域。然而此類傾角傳感器均存在零位偏差，如果不對傾角傳感器進行零位偏差補償，將會影響它的精度。

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角度傳感器
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角度傳感器，顧名思義，是用來檢測角度的。它的身體中有一個孔，可以配合樂高的軸。當連結到RCX上時，軸每轉過1/16圈，角度傳感器就會計數一次。往一個方向轉動時，計數增加，轉動方向改變時，計數減少。計數與角度傳感器的初始位置有關。當初始化角度傳感器時，它的計數值被設置為0，如果需要，你可以用編程把它重新復位。
中文名
角度傳感器
外文名
angular transducer
用    途
檢測角度
應用場合
地理、民用、工業等
應用舉例
吊車，吊架，收割機等
目錄
1
概述
2
舉例
3
方位角度傳感器
4
應用領域
5
應用場合
角度傳感器概述
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語音
角度傳感器
你可以很容易的測出位置和速度。當在機器人身上連接上輪子（或通過齒輪傳動來移動機器人）時，可以依據旋轉的角度和輪子圓周數來推斷機器人移動的距離。然后就可以把距離轉換成速度，你也可以用它除以所用時間。實際上，計算距離的基本方程式為：距離=速度×時間由此可以得到：速度=距離/時間
角度傳感器舉例
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如果把角度傳感器連接到馬達和輪子之間的任何一根傳動軸上，必須將正確的傳動比算入所讀的數據。舉一個有關計算的例子。在你的機器人身上，馬達以3:1的傳動比與主輪連接。角度傳感器直接連接在馬達上。所以它與主動輪的傳動比也是3:1。也就是說，角度傳感器轉三周，主動輪轉一周。角度傳感器每旋轉一周計16個單位，所以16*3=48個增量相當于主動輪旋轉一周。我們需要知道齒輪的圓周來計算行進距離。幸運地是，每一個LEGO齒輪的輪胎上面都會標有自身的直徑。我們選擇了體積最大的有軸的輪子，直徑是81.6CM(樂高使用的是公制單位)，因此它的周長是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM。已知量都有了：齒輪的運行距離由48除角度所記錄的增量然后再乘以256。我們總結一下。稱R為角度傳感器的分辨率（每旋轉一周計數值），G是角度傳感器和齒輪之間的傳動比率。我們定義I為輪子旋轉一周角度傳感器的增量。即：I=G×R在例子中，G為3，對于樂高角度傳感器來說，R一直為16.因此，我們可以得到：I=3×16=48每旋轉一次，齒輪所經過的距離正是它的周長C，應用這個方程式，利用其直徑，你可以得出這個結論。C=D×π在我們的例子中：C=81.6×3.14=256.22最后一步是將傳感器所記錄的數據-S轉換成輪子運動的距離-T，使用下面等式：T=S×C/I如果光電傳感器讀取的數值為296，你可以計算出相應的距離：T=296×256.22/48=1580 距離（T）的單位與輪子直徑單位是相同的.無接觸角度傳感器無觸點角度傳感器，又稱無接觸電位器，廣泛應用于工業自動化設備、工程機械、紡織機械、造紙印刷機械、石化設備、國防工業等自動控制設備的水平和旋轉角度的測量，也適用于拉絲機等作張力傳感器。
角度傳感器方位角度傳感器
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方位角又稱地平經度，是在平面上量度物體之間的角度差的方法之一。傳感器測量方位角是從某點的指北方向線起，依順時針方向到目標方向線之間的水平夾角，是一種兩面角，即午圈所在的平面與通過天體所在的地平經圈平面的夾角，以午圈所在的平面為起始面，按順時針方向度量。方位的度量亦可在地平圈上進行，以南點為起算點，由南點開始按順時針方向計量。方位的大小變化范圍為0°～360°，南點為0°，西點為90°，北點為180°，東點為270°。上述這種方位度量是在天文學中所用的方法。方位角傳感器在跟隨著軍事技術的發展，有著高科技作戰的性能。傳感器測試系統的信息化是實現中國軍隊裝備現代化建設主要途徑，當務之急應該用高新技術提升老裝備的性能。這既是提升現有武器裝備的一個重要環節，又是最大限度地發揮現有裝備整體作戰效能的一個重要因素。我國現役的炮塔方位角系統中．老型號較多，大部分沒有配備自動檢測和錄取設備。炮塔方位角系統的各種參數的計算、數據的處理和上報大多數由人工進行，難以勝任復雜環境下快速、準確采集。為適應現代化炮塔方位角系統的要求，必須具有一套自動采集和分析能力的完整測試系統。
角度傳感器應用領域
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在程序不僅僅會用到乘法和除法的數學運算，還有更多的需要多留心（有關內容我們將在第12章進行進一步的討論）。
角度傳感器構造
使用角度傳感器來控制你的輪子可以間接的發現障礙物。原理非常簡單：如果馬達運轉，而齒輪不轉，說明你的機器已經被障礙物給擋住了。此技術使用起來非常簡單，而且非常有效；唯一要求就是運動的輪子不能在地板上打滑（或者說打滑次數太多），否則你將無法檢測到障礙物。如果是一個空轉的齒輪連接到馬達上就可以避免這個問題，這個輪子不是由馬達驅動而是通過裝置的運動帶動它:在驅動輪旋轉的過程中，如果惰輪停止了，說明你碰到障礙物了。在許多情況下角度傳感器是非常有用的：控制手臂，頭部和其它可移動部位的位置。值的注意的是，當運行速度太慢或太快時，RCX在精確的檢測和計數方面會受到影響。事實上，問題并不是出在RCX身上，而是它的操作系統，如果速度超出了其指定范圍，RCX就會丟失一些數據。Steve Baker用實驗證明過，轉速在每分鐘50到300轉之間是一個比較合適的范圍，在此之內不會有數據丟失的問題。然而，在低于12rpm或超過1400rpm的范圍內，就會有部分數據出現丟失的問題。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范圍內時，RCX也偶會出現數據丟失的問題。
[1]
角度傳感器在軍事上的應用大家熟知的火炮是利用火藥燃氣壓力等能源拋射彈丸，口徑等于和大于20毫米的身管射擊武器?；鹋谕ǔＳ膳谏砗团诩軆纱蟛糠纸M成。早在1332年，中國的元朝就在部隊中裝備了最早的金屬身管火炮：青銅火銃?；鹋谕ǔＳ膳谏砗团诩軆纱蟛糠纸M成?；鹋谏鋼魰r對炮床傾角的要求很高，利用角度傳感器設計的數字式象限儀，可明顯提高校正炮床的速度，降低操作難度。角度傳感器是作為炮彈發射的準確性，穩定性提供最大的幫助。大家都知道火炮身管用來賦予彈丸初速和飛行方向，炮尾用來裝填炮彈，炮閂用以關閉炮膛，擊發炮彈。如今炮架由反后坐裝置、方向機、高低機、瞄準裝置、大架和運動體，角度傳感器等組成，而反后坐裝置用以保證火炮發射炮彈后的復位，方向機和高低機用來保證火炮發射炮彈后復位，方向機和高低機用來操縱炮身變換方向和高低，瞄準裝置由角度傳感器，瞄準具和瞄準鏡組成，用以裝定火炮射擊數據，實施瞄準射擊，大架和運動體用于射擊時支撐火炮，行軍時作為炮車。
角度傳感器應用場合
編輯
語音
系列傾角，角度傳感器，距離傳感器，加速度傳感器，以及測量方位用的數字羅盤，電子羅盤和陀螺儀已經廣泛的應用應用于石油，煤炭，鋼鐵，船舶，隧道，醫療設備，大壩，機械，物探儀器，地質，巖土，石油，礦山，管道，測斜導管，鐵路、港口、水利、高層建筑，墻洞，礦井、隧道、船塢、抗滑樁和板樁，煤礦，動態沖擊實驗，地質，衛星GPS系統，風水，越野車，航海，實驗儀器,數字水平儀，醫療，機械調平，角度測量和監視，汽車，起重機械運動檢測,康復系統,生物工程系統,虛擬現實、現實放大,體育,慣性導航系統，人體姿態測量工業機械，摩托車陀螺儀，光纖，制導，平衡，導向，方向測量，動態跟蹤，捷聯，慣性，導航，方位角，角速度，速率，機械，爆轉，測量等行業。典型應用場合：- 地理: 山體滑坡，雪崩.- 民用: 大壩，建筑，橋梁，玩具，報警，運輸- 工業：吊車，吊架，收割機，起重機，稱重系統的傾斜補償，瀝青機．鋪路機等。- 火車：高速列車轉向架和客車車廂的傾斜測量- 海事：縱傾和橫滾控制，油輪控制，天線位置控制。- 鉆井：精確鉆井傾斜控制。- 機械：傾斜控制，大型機械對準控制，彎曲控制，起重機- 軍用：火炮和雷達調整，初始位置控制，導航系統，軍用著陸平臺控制。
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參考資料
1.

張愛華, 姚海燕. 角度傳感器在全位置自動焊接系統中的應用[J]. 計算機測量與控制, 2009, 17(12):2426-2428.