[发明专利]一种磁阻式倾角传感器

说明书

技术领域

本发明涉及数据信息检测领域，特别涉及一种磁阻式倾角传感器。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

倾角传感器作为传感器的一种，其是根据牛顿第二定律为理论基础制作，用于测量物体相对于水平面的角度的仪器。也就是说，倾角传感器可以用来测量相对于水平面的倾角变化量。

倾角传感器被广泛用于各种测量角度的应用中。例如，高精度激光仪器水平、工程机械设备调平、远距离测距仪器、高空平台安全保护、定向卫星通讯天线的俯仰角测量、船舶航行姿态测量、盾构顶管应用、大坝检测、地质设备倾斜监测、火炮炮管初射角度测量、雷达车辆平台检测、卫星通讯车姿态检测等等。

在上述各种仪器及装置的反馈控制系统中，倾角传感器作为反馈环节的主要器件其重要性不言而喻，其输出信号往往是控制系统做出决策的重要依据，反馈信号的失真可能会带来灾难性的后果。例如：倾角传感器配合液位传感器用于山体滑坡或雪崩监测，其通过无线传感系统将数据传输到中央控制系统，实时监测山体状态，可以有效减小山体滑坡带来的损失。又例如：倾角传感器应用于铁路铁轨，具体地，倾角传感器应用于输电线铁塔倾斜角度监测，可以实时监测输电线倾斜角度，一旦因为大风等自然灾害导致倾斜角度过大，实时发出预警信号，由工作人员维修，进而减少损失，等等。现有的倾角传感器中，一类是基于电容原理而设计的。该类传感器的典型产品是美国生产的AccuStar倾角传感器。它的设计主要在两半传感器外盖之间夹持着一片普通电容片。该电容片经过蚀刻，组成了两个可变电容器。传感器组件，即电容的两个电极间充满了介电质溶液和惰性气体。当传感器有旋转运动时，传感器的电容电极间的电解液液面由于要保持水平也将随之改变位置，从而使电容器产生线性变化，最终使传感器输出相应的倾角信号。

还有一类倾角传感器是基于加速度传感器而设计的。基于加速度传感器的倾角传感器的基本原理是：加速度传感器输出信号经模数转换后，交由微处理器进行滤波、平滑、方差估计等处理后，获得精确瞬时加速度，最终将精确瞬时加速度解算为倾角信息。

另一类倾角传感器是基于磁阻传感器原理而设计的。该类传感器的代表是美国Precision Navigation公司的TCM系列电子罗盘。该类传感器基于磁感(MI)技术，即磁场变化引起传感单元电感量的变化，经A/D电路将传感器输出的模拟电压转换成数字信号。由于该传感器给出的数据是在对地磁场的测量基础上计算得出的。

还有一类倾角传感器是基于MEMS角速率陀螺仪设计的倾角传感器。其中只输出角速率的传感器是以北京星网宇达公司设计的XWG80型低功耗微机械陀螺仪和美国生产的CRS03型陀螺仪为代表的角速率陀螺仪。这两个型号的角速率陀螺仪都是基于MEMS角速率陀螺仪芯片设计外围电路，使传感器能够输出与旋转角速率成正比的模拟电压。

上述倾角传感器原理不同，各具特点，但同时又具有无法克服的局限性。

其中，电容原理传感器和加速度计传感器的测量原理都是以重力摆为原型的，电容原理传感器和加速度计传感器在用于动态测量时受平动加速度的影响是无法消除的，这也从另一个侧面说明了这些传感器用于动态测量是不可行的。

磁阻原理传感器的测量，一方面受周围环境的磁场影响（如高大建筑物、铁矿山、发电厂、高压变电设备等，甚至靠近传感器的钢铁物品)，另一方面，虽然现有磁阻原理传感器具有静态磁场校正功能，但是其不具有对于动态磁场的校正功能，所以不适用于动态系统中的倾角测量。

高档陀螺仪能够输出空间欧拉角的三个转动角度、角速度和角加速度，以及三个方向的平动速度、平动加速度，虽然高档陀螺仪的传感器可以应用于动态系统中的倾角测量，但该类型传感器价格较为昂贵，会大大提高反馈系统的成本，不利于广泛应用。

因此，如何提供一种倾角传感器，能够克服上述缺点，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何提供一种磁阻式倾角传感器，利用偏心原理，能够在动态系统中测量到倾角角度与方向的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种磁阻式倾角传感器，包括：筒体，端盖，连接件、芯轴，固定板，环形软磁体，E型软磁体线圈，检测电路；