Кренометр. Измеряем Наклон объекта

Инклинометр. измеряем наклон объекта
Инклинометр. измеряем наклон объектаКренометры, или датчики уклонов, предназначаются для определения углового места расположения объекта с учитыванием силы тяжести. С помощью данных устройств заблаговременно ставится наклонный угол контролируемой системы, а потом выполняется вывод информации через устройства цифровой индикации.

Рабочий принцип

Кренометры измеряют угол ориентации объекта относительно силы тяжести. Это может быть сделано с помощью акселерометра, который контролирует эффект гравитации на малых массах, подвешенных в упругой конструкции опоры. Когда устройство наклоняется, эта масса будет передвигаться, вызывая изменение ёмкости между массой и несущей структурой. Наклонный угол рассчитывается по измеренным ёмкостям.
Измеритель такого кренометра состоит из таких деталей:

  1. Контрольной массы.
  2. Контактов.
  3. Пружин.
  4. Фиксированных электродов.

Инклинометр. измеряем наклон объекта
Когда кренометр находится горизонтально, то измеряется ёмкость между электродами. Если измеритель наклонен, подвижная масса и его контакт изменят положение относительно неподвижного электрода. Это результирующее изменение ёмкости между 2-мя электродами измеряется ячейкой датчика и применяется для расчета нового значения наклона.
Инклинометр. измеряем наклон объекта
Классификация рассматриваемых приборов в себя включает следующие разновидности кренометров:

  • Цифровые.
  • Гироскопические.
  • Автомобильные.
  • Электронные.

Изложенный рабочий принцип реализован во многих промышленных и бытовых приложениях, например как датчики на движение мобильника или автомобильные подушки безопасности. В последних случаях достаточно применять акселерометры относительно низкой точности, которые в большинстве случаев дают погрешность ±1 градус. В промышленных инклинометрах (типа ИЭМ-36, применяющихся при скважном бурении) используется набор точных электродов с целью улучшения разрешения и точности измерения. При этом в кренометрах статического действия, подвижная масса физически демпфируется, чтобы уменьшить чувствительность данных датчиков к частотам выше 29 Гц.
Инклинометр. измеряем наклон объекта
Данные устройства имеют ограничение: в случае большого удара и вибрации, физического демпфирования может быть очень мало для подавления помех, так как встроенные программные фильтры мало эффективны. В статических инклинометрах TILTIX для этой цели можно активировать фильтры сглаживания сигнала, но своевременность срабатывания значительно замедляется.
Для динамических движений с сильными ускорениями необходимо применять кренометры ИММН-32а или POSITAL Dynamic TILTIX. Они базируются на иной технологии (без физического демпфирования), благодаря этому не потребуется искать компромисс между стабильностью и временем отклика. Данные устройства обладают очень высоким числом измерительных точек, и могут делать обмеры постоянно.
Инклинометр. измеряем наклон объекта
Динамические кренометры POSITAL соединяют воедино два принципа измерения с применением 2-ух различных датчиков: 3D-датчика ускорения и 3D-гироскопа. 3D-датчик ускорения не демпфируется (в отличии от устройств, которые применяют в статических инклинометрах) и может следовать быстрым динамическим движениям. В то же время 3D-гироскоп меряет частоты вращения, опираясь на принципах инерции. Сигналы от акселерометров и гироскопов соединяются, чтобы произвести измерение наклона, которое полностью возмещает эффекты ускорений. В результате динамические кренометры могут надежно применяться на мобильном оборудовании, таком как техника для строительства, машины, краны или робототехнические системы.

Очередность работы и возможности

В начальной фазе использования характеристики кренометра сравниваются с вмонтированным гироскопом и исходным выходным сигналом. Акселерометр меряет положение наклона, а гироскоп определяет частота вращения. Наличие иногда изменяющегося ускорения оказывает большое влияние на акселерометр, но ограничено сказываются на скоростях вращения гироскопа.
Потом оба сигнала соединяются, дабы получить самое лучшее значение от каждого датчика. Подобным образом, практическое значение положения отсоединяется от ошибок, вызванных внешними ускорениями.
Наружные датчики делятся на две группы – одно- и двухосевые (соотвественно для оси X и оси Y). Любая из осей показывает наклонный угол относительно поля силы тяжести. Одноосевые датчики в большинстве случаев устанавливают вертикально. Прогноз силы ускорения вдоль одной или нескольких осей может применяться для реализации добавочных функций. К примеру, можно остановить автомобиль, если превышен определённый порог ускорения.
Инклинометр. измеряем наклон объекта
Оценка сигнала датчика производится в реальном времени с помощью следящего микроконтроллера. Параллельно измеряется температура. Интеллектуальные алгоритмы цифрового фильтра делают меньше окружающий шум и вибрацию, чтобы обеспечить точный и стабильный сигнал при любых условиях внешней среды.
Выбор типоразмера кренометра исполняется по:

  1. Времени цикла датчика (фиксированное, как правило не больше 5 мс).
  2. Времени цикла передачи информации (может быть задано пользователем).
  3. Полной точности.
  4. Самой большой ошибке смещения (дрейфу нуля).
  5. Динамической точности.

Существующие типоразмеры кренометров дают возможность оценить ускорения до десяти метров/с? в течение 1 с, а еще вибрации от 1 до 1000 Гц с силой 1 г.