Jewell Instruments倾角仪和加速度计原理

 Jewell Instruments倾角仪和加速度计原理

-力平衡原理加速度计|角加速度传感器|倾角传感器|倾角仪|角速度传感器

力平衡传感器技术：每个力平衡传感器的核心都是扭矩器。转矩器是一种微型直流电机，其质量和臂连接在线圈上，起到钟摆的作用。

加速计制造商于20世纪60年代初开始采用d'Arsonval检流计机构概念作为扭矩器，Jewell Instruments是检流计机构的领跑供应商。Jewell很快开始向行业提供扭矩器，不久后也开始生产其力平衡加速计，使其成为60多年来力平衡传感器领域的领跑供应商和行业专家。Jewell生产许多不同类型的扭矩调节器机构。Jewell生产的大多数传感机构使用两种移动系统类型中的一种，即扭转系统柔性悬架（可行性研究）和枢轴和轴承（PB）。

两者都是柔性悬架（FS）和枢轴和轴承（PB）转矩器是d'Arsonval机构，是动圈、固定线圈的小型电机。柔性悬挂机构的线圈用铂镍带悬挂在磁铁周围，并允许其旋转。枢轴和轴承机构使用枢轴，这些枢轴连接到线圈上，并安装到框架上的轴承中，允许线圈绕磁体旋转。高质量机械通常使用蓝宝石、红宝石甚至工业级钻石等珠宝作为枢轴和轴承。这两种类型都使用一个质量块和连接到线圈的臂来制作摆。杰维尔的传感器利用位置检测器确定质量的位置。扭矩电机用于将质量保持在一个位置，因此保持位置所需的力与作用在质量上的力成比例。

Jewell Instruments加速度计和倾斜仪|倾角传感器是精密惯性仪表。它们利用闭环技术产生高精度输出，分辨率小于1μrad。惯性传感器输出是一个模拟电压、电流或数字信号，与施加的加速度和从直流到指定频率的倾斜成比例。

Jewell Instruments几十年来一直生产惯性仪表扭矩器和完整的加速度传感组件。数十万加速度传感器已经制造出来。Jewell传感器在世界各地都有使用，其型号可以检测加速度和从小于1µG（1µRadian）到大于20g的倾斜仪|倾角传感器。

力平衡加速度传感器和倾角传感器技术是如何工作的？

扭矩器机构（扭矩电机+摆锤）是伺服传感器中的基本组件。加速计扭矩器在其允许角运动平面内故意不平衡（质量不平衡）。当存在加速度或倾斜时，会产生与机构不平衡和物理输入成比例的扭矩。扭矩导致位置传感器检测到摆锤的角运动。位置传感器输出与电子模块中的参考电压进行比较，差值是一个误差信号，是伺服放大器（伺服放大器）的输入。伺服放大器输出电流被施加到扭矩电机上，与加速度或倾斜扭矩相反。在恒定惯性输入下，质量不平衡角位置与零g位置略有不同。伺服放大器输出电流与施加的加速度或输入倾斜角度的正弦成正比。通过使用感应电阻器测量伺服电流来产生模拟电压。

如上图所示，当传感器加速/倾斜时，拨片“A”尝试向重力方向移动（地球重力或加速度）。任何合成运动都由传感器“B”转换为电子放大器的信号输入，电子放大器的电流输出应用于转矩电机“C”。这就产生了一个与原始力矩相等且相反的力矩，因此摆动质量不再移动，而是假定一个与其原始位置略有不同的位置，以提供所需的误差信号。转矩电机电流与加速度/倾斜成正比，通过使其流过稳定电阻器“R0”，可以产生同样准确确的输出电压。挡板设置在桨叶的两侧，以限制桨叶在未通电时的行程。通电后，拨杆自动移动到零位。

注意，加速度计和倾斜仪|倾角传感器是相同的设备。区别在于应用，而不是操作。加速计用户通常感测速度的变化，并描述g中的输出和误差。测斜仪|倾角传感器用户感测角度位置的变化，考虑角度测量单位的输出和误差。惯性仪器对地球引力和加速度都有反应。测斜仪输出感测相对于重力矢量的角度。输出遵循g x sinθ的关系, 式中，g是重力加速度；sinθ是三角正弦函数，θ是相对于重力矢量的参考角。输出可以通过反正弦函数转换为度。

加速计|加速度传感器	±0.052 g	±0.25 g	±0.5 g	±1 g
倾角传感器|倾角仪	±3°	±14.5°	±30°	±90°

力平衡传感器扭矩机构选项

1)扭转-弯曲悬架（TS）：

• 挠性悬挂机构的线圈悬挂在带有铂镍带的磁铁周围，并允许其旋转。
• 极低输入和相对低频能力
• 提供优异的重复性。
• 非常适合倾斜感应应用以及低加速度感应
• 对于要求Max.分辨率和重复性的成本敏感应用，一些模型没有物理阻尼。
• 大多数采用流体阻尼（FD），可将耐久性提高几个数量级。它们是在恶劣环境中或必须在极端事件中生存下来时对低输入进行高精度测量的很好选择。
• 用于测量倾角。

2)枢轴和轴承（PB）:

• 机构使用连接到线圈的枢轴，并安装到框架上的轴承中，以允许线圈围绕磁铁旋转。
• 与柔性悬挂机构相比，具有更高的输入范围和频率响应能力。
• 通常用于测量2g以上的加速度。

FD=流体阻尼
FS=柔性悬架
PB=枢轴和轴承

倾斜仪|倾角传感器，模拟输出

倾斜仪|倾角传感器，数字输出

角加速度计|角加速度传感器，模拟输出

线性加速度计|加速度传感器，模拟输出

数字输出线性加速度计|加速传感器

适合您应用的正确力平衡传感器：

扭矩器机构通常是伺服传感器中很昂贵的组件。扭矩器是复杂的仪表运动，作为仪表制造商，JEWELL可以非常有效地生产扭矩器。因此，与其他传统技术惯性仪表制造商相比，我们通常具有成本优势。扭矩器有一个允许摆锤移动的系统，并且有不同类型的移动系统。移动系统对加速度计/倾斜仪的性能很重要，通常根据其很适合应用的特性进行选择。

采用柔性悬架移动系统的传感器具有极低的输入和相对较低的频率能力，并提供优异的重复性，使其成为倾斜传感应用和低g加速度传感的理想选择。Jewell提供了一些型号，这些型号在要求高分辨率和重复性的成本敏感应用中使用无物理阻尼的柔性悬挂机构，但大多数型号使用物理阻尼，这将增加几个数量级的耐用性。Jewell Instruments的流体阻尼、挠性悬挂力平衡加速度计和倾角计非常坚固，已经过烟火冲击测试。它们是在恶劣环境中或必须在极端事件中生存下来时，对低输入进行高精度测量的很好选择。这些类型的力平衡惯性传感器非常适合航空航天, 军 事，以及铁路和铁路运输应用。

枢轴和轴承扭矩器机构比柔性悬挂机构具有更高的输入范围和频率响应能力。这些传感器通常用于测量加速度而不是倾角。Jewell Instruments专有的高性能枢轴和轴承扭矩器设计在苛刻的环境中提供优异的性能，已在许多领域得到应用军 事和航空航天数十年的应用。

柔性悬架传感器的特性使其非常适合倾斜传感，因此它们通常被标记为倾斜仪/倾斜传感器，用于测量倾斜，枢轴和轴承传感器具有非常适合加速度传感的特性，通常被视为加速度计，用于测量倾斜。柔性悬挂式力平衡惯性传感器是桥梁监测，以及一系列工业应用。

虽然LSOX,LSOC,LSRP,LSMP,LCA,LCF和LCI等型号在概念和操作上是等价的，但存在重要的力学差异。LSOX, LSOC,LSRP,LCF和LCI串联移动系统通过扭转（拉紧带）弯曲悬挂。LSMP和LCA系列移动系统由枢轴和宝石轴承悬挂。枢轴和宝石悬挂装置可以具有更宽的带宽，并可用于更大范围的加速。扭转挠曲具有优异的重复性，常用于倾斜传感和低范围加速度。LSOX,LSOC,LSRP和LCF仪器装置具有由硅油包围的扭转挠曲，能够承受比LSMP,LCA或LCI. LSOX,LSOC,LSRP和LCF还可以在存在冲击和振动时提供准确的低频输出信息。

力平衡加速度传感器和倾角传感器技术具有巨大的优势，是众多高精度测量的理想选择。它具有高达200 Hz的稳定动态响应。一些传感器可以采用液体阻尼，以减弱读数中的振动和冲击干扰。它的测量范围很广（倾角计高达±90º，加速度计高达±20g），为航空航天、铁路、工业、海洋、军 事和岩土工程等许多市场的应用开辟了道路。它还具有很低的热漂移和很高的抗冲击和振动性能，这对于工业项目的恶劣条件来说是一个优势。我们使用力平衡传感器的一些项目包括：地铁和轻轨控制系统、路面坡度控制、无人机制导、高速铁路控制和轨道监测、自动调平车辆和移动天线测量、攻击直升机旋转传感、铁路维护、非公路车辆、，半自动化炮塔、基础设施和桥梁监测、望远镜/天线调平、水下钻探等。凭借60多年的准确惯性解决方案、众多定制功能、优异的长期传感器稳定性和耐用性，我们是精密仪器领域的专家。立即联系我们讨论您的特定项目需求！