Jewell Instruments傾角儀和加速度計原理

-力平衡原理加速度計|角加速度傳感器|傾角傳感器|傾角儀|角速度傳感器

力平衡傳感器技術(shù)：每個力平衡傳感器的核心都是扭矩器。轉(zhuǎn)矩器是一種微型直流電機，其質(zhì)量和臂連接在線圈上，起到鐘擺的作用。

加速計制造商于20世紀60年代初開始采用d'Arsonval檢流計機構(gòu)概念作為扭矩器，Jewell Instruments是檢流計機構(gòu)的領(lǐng)跑供應商。Jewell很快開始向行業(yè)提供扭矩器，不久后也開始生產(chǎn)其力平衡加速計，使其成為60多年來力平衡傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)跑供應商和行業(yè)專家。Jewell生產(chǎn)許多不同類型的扭矩調(diào)節(jié)器機構(gòu)。Jewell生產(chǎn)的大多數(shù)傳感機構(gòu)使用兩種移動系統(tǒng)類型中的一種，即扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)柔性懸架（可行性研究）和樞軸和軸承（PB）。

兩者都是柔性懸架（FS）和樞軸和軸承（PB）轉(zhuǎn)矩器是d'Arsonval機構(gòu)，是動圈、固定線圈的小型電機。柔性懸掛機構(gòu)的線圈用鉑鎳帶懸掛在磁鐵周圍，并允許其旋轉(zhuǎn)。樞軸和軸承機構(gòu)使用樞軸，這些樞軸連接到線圈上，并安裝到框架上的軸承中，允許線圈繞磁體旋轉(zhuǎn)。高質(zhì)量機械通常使用藍寶石、紅寶石甚至工業(yè)級鉆石等珠寶作為樞軸和軸承。這兩種類型都使用一個質(zhì)量塊和連接到線圈的臂來制作擺。杰維爾的傳感器利用位置檢測器確定質(zhì)量的位置。扭矩電機用于將質(zhì)量保持在一個位置，因此保持位置所需的力與作用在質(zhì)量上的力成比例。

Jewell Instruments加速度計和傾斜儀|傾角傳感器是精密慣性儀表。它們利用閉環(huán)技術(shù)產(chǎn)生高精度輸出，分辨率小于1μrad。慣性傳感器輸出是一個模擬電壓、電流或數(shù)字信號，與施加的加速度和從直流到指定頻率的傾斜成比例。

Jewell Instruments幾十年來一直生產(chǎn)慣性儀表扭矩器和完整的加速度傳感組件。數(shù)十萬加速度傳感器已經(jīng)制造出來。Jewell傳感器在世界各地都有使用，其型號可以檢測加速度和從小于1μG（1μRadian）到大于20g的傾斜儀|傾角傳感器。

力平衡加速度傳感器和傾角傳感器技術(shù)是如何工作的？

扭矩器機構(gòu)（扭矩電機+擺錘）是伺服傳感器中的基本組件。加速計扭矩器在其允許角運動平面內(nèi)故意不平衡（質(zhì)量不平衡）。當存在加速度或傾斜時，會產(chǎn)生與機構(gòu)不平衡和物理輸入成比例的扭矩。扭矩導致位置傳感器檢測到擺錘的角運動。位置傳感器輸出與電子模塊中的參考電壓進行比較，差值是一個誤差信號，是伺服放大器（伺服放大器）的輸入。伺服放大器輸出電流被施加到扭矩電機上，與加速度或傾斜扭矩相反。在恒定慣性輸入下，質(zhì)量不平衡角位置與零g位置略有不同。伺服放大器輸出電流與施加的加速度或輸入傾斜角度的正弦成正比。通過使用感應電阻器測量伺服電流來產(chǎn)生模擬電壓。

如上圖所示，當傳感器加速/傾斜時，撥片“A”嘗試向重力方向移動（地球重力或加速度）。任何合成運動都由傳感器“B”轉(zhuǎn)換為電子放大器的信號輸入，電子放大器的電流輸出應用于轉(zhuǎn)矩電機“C”。這就產(chǎn)生了一個與原始力矩相等且相反的力矩，因此擺動質(zhì)量不再移動，而是假定一個與其原始位置略有不同的位置，以提供所需的誤差信號。轉(zhuǎn)矩電機電流與加速度/傾斜成正比，通過使其流過穩(wěn)定電阻器“R0”，可以產(chǎn)生同樣準確確的輸出電壓。擋板設(shè)置在槳葉的兩側(cè)，以限制槳葉在未通電時的行程。通電后，撥桿自動移動到零位。

注意，加速度計和傾斜儀|傾角傳感器是相同的設(shè)備。區(qū)別在于應用，而不是操作。加速計用戶通常感測速度的變化，并描述g中的輸出和誤差。測斜儀|傾角傳感器用戶感測角度位置的變化，考慮角度測量單位的輸出和誤差。慣性儀器對地球引力和加速度都有反應。測斜儀輸出感測相對于重力矢量的角度。輸出遵循g x sinθ的關(guān)系, 式中，g是重力加速度；sinθ是三角正弦函數(shù)，θ是相對于重力矢量的參考角。輸出可以通過反正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換為度。

加速計|加速度傳感器	±0.052 g	±0.25 g	±0.5 g	±1 g
傾角傳感器|傾角儀	±3°	±14.5°	±30°	±90°

力平衡傳感器扭矩機構(gòu)選項

1)扭轉(zhuǎn)-彎曲懸架（TS）：

• 撓性懸掛機構(gòu)的線圈懸掛在帶有鉑鎳帶的磁鐵周圍，并允許其旋轉(zhuǎn)。
• 極低輸入和相對低頻能力
• 提供優(yōu)異的重復性。
• 非常適合傾斜感應應用以及低加速度感應
• 對于要求Max.分辨率和重復性的成本敏感應用，一些模型沒有物理阻尼。
• 大多數(shù)采用流體阻尼（FD），可將耐久性提高幾個數(shù)量級。它們是在惡劣環(huán)境中或必須在極端事件中生存下來時對低輸入進行高精度測量的很好選擇。
• 用于測量傾角。

2)樞軸和軸承（PB）:

• 機構(gòu)使用連接到線圈的樞軸，并安裝到框架上的軸承中，以允許線圈圍繞磁鐵旋轉(zhuǎn)。
• 與柔性懸掛機構(gòu)相比，具有更高的輸入范圍和頻率響應能力。
• 通常用于測量2g以上的加速度。

FD=流體阻尼
FS=柔性懸架
PB=樞軸和軸承

傾斜儀|傾角傳感器，模擬輸出

傾斜儀|傾角傳感器，數(shù)字輸出

角加速度計|角加速度傳感器，模擬輸出

線性加速度計|加速度傳感器，模擬輸出

數(shù)字輸出線性加速度計|加速傳感器

適合您應用的正確力平衡傳感器：

扭矩器機構(gòu)通常是伺服傳感器中很昂貴的組件。扭矩器是復雜的儀表運動，作為儀表制造商，JEWELL可以非常有效地生產(chǎn)扭矩器。因此，與其他傳統(tǒng)技術(shù)慣性儀表制造商相比，我們通常具有成本優(yōu)勢。扭矩器有一個允許擺錘移動的系統(tǒng)，并且有不同類型的移動系統(tǒng)。移動系統(tǒng)對加速度計/傾斜儀的性能很重要，通常根據(jù)其很適合應用的特性進行選擇。

采用柔性懸架移動系統(tǒng)的傳感器具有極低的輸入和相對較低的頻率能力，并提供優(yōu)異的重復性，使其成為傾斜傳感應用和低g加速度傳感的理想選擇。Jewell提供了一些型號，這些型號在要求高分辨率和重復性的成本敏感應用中使用無物理阻尼的柔性懸掛機構(gòu)，但大多數(shù)型號使用物理阻尼，這將增加幾個數(shù)量級的耐用性。Jewell Instruments的流體阻尼、撓性懸掛力平衡加速度計和傾角計非常堅固，已經(jīng)過煙火沖擊測試。它們是在惡劣環(huán)境中或必須在極端事件中生存下來時，對低輸入進行高精度測量的很好選擇。這些類型的力平衡慣性傳感器非常適合航空航天, 軍 事，以及鐵路和鐵路運輸應用。

樞軸和軸承扭矩器機構(gòu)比柔性懸掛機構(gòu)具有更高的輸入范圍和頻率響應能力。這些傳感器通常用于測量加速度而不是傾角。Jewell Instruments專有的高性能樞軸和軸承扭矩器設(shè)計在苛刻的環(huán)境中提供優(yōu)異的性能，已在許多領(lǐng)域得到應用軍 事和航空航天數(shù)十年的應用。

柔性懸架傳感器的特性使其非常適合傾斜傳感，因此它們通常被標記為傾斜儀/傾斜傳感器，用于測量傾斜，樞軸和軸承傳感器具有非常適合加速度傳感的特性，通常被視為加速度計，用于測量傾斜。柔性懸掛式力平衡慣性傳感器是橋梁監(jiān)測，以及一系列工業(yè)應用。

雖然LSOX,LSOC,LSRP,LSMP,LCA,LCF和LCI等型號在概念和操作上是等價的，但存在重要的力學差異。LSOX, LSOC,LSRP,LCF和LCI串聯(lián)移動系統(tǒng)通過扭轉(zhuǎn)（拉緊帶）彎曲懸掛。LSMP和LCA系列移動系統(tǒng)由樞軸和寶石軸承懸掛。樞軸和寶石懸掛裝置可以具有更寬的帶寬，并可用于更大范圍的加速。扭轉(zhuǎn)撓曲具有優(yōu)異的重復性，常用于傾斜傳感和低范圍加速度。LSOX,LSOC,LSRP和LCF儀器裝置具有由硅油包圍的扭轉(zhuǎn)撓曲，能夠承受比LSMP,LCA或LCI. LSOX,LSOC,LSRP和LCF還可以在存在沖擊和振動時提供準確的低頻輸出信息。

力平衡加速度傳感器和傾角傳感器技術(shù)具有巨大的優(yōu)勢，是眾多高精度測量的理想選擇。它具有高達200 Hz的穩(wěn)定動態(tài)響應。一些傳感器可以采用液體阻尼，以減弱讀數(shù)中的振動和沖擊干擾。它的測量范圍很廣（傾角計高達±90o，加速度計高達±20g），為航空航天、鐵路、工業(yè)、海洋、軍 事和巖土工程等許多市場的應用開辟了道路。它還具有很低的熱漂移和很高的抗沖擊和振動性能，這對于工業(yè)項目的惡劣條件來說是一個優(yōu)勢。我們使用力平衡傳感器的一些項目包括：地鐵和輕軌控制系統(tǒng)、路面坡度控制、無人機制導、高速鐵路控制和軌道監(jiān)測、自動調(diào)平車輛和移動天線測量、攻擊直升機旋轉(zhuǎn)傳感、鐵路維護、非公路車輛、，半自動化炮塔、基礎(chǔ)設(shè)施和橋梁監(jiān)測、望遠鏡/天線調(diào)平、水下鉆探等。憑借60多年的準確慣性解決方案、眾多定制功能、優(yōu)異的長期傳感器穩(wěn)定性和耐用性，我們是精密儀器領(lǐng)域的專家。立即聯(lián)系我們討論您的特定項目需求！