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角度测量：电解质型倾角传感器优势谈

角度测量：电解质型倾角传感器优势谈 2011： 长期以来，电解质型倾角传感器稳定工作的应用范围从高性能航空电子系统延伸到高精度地震监测仪器以及消费电子领域。近年来，微电子机械系统（MEMs）加速计和倾角传感器的应用越来越普遍，应用在汽车、游戏操控器和手机等消费产品中，工业用途则有建筑激光仪器、地理监测设备和机器水平调节仪。与电解质型倾角传感器相比，MEMs型产品通常尺寸更小，成本更低，因而成为生产制造中广受欢迎的元件。 既然MEMs具备如此吸引人的特性，为什么人们仍在广泛使用电解质型倾角传感器？ 性能 倾角传感器的性能取决于多项属性：漂移、可重复性和环境耐久性。 漂移意味着久而久之读数不准，需要经常性的校准。大部分MEMs产品要求稳定的电压供应，设备的高重复性要求很好地控制在微伏范围。要保证长时间和不同温度下的电压稳定性，就需要采用昂贵而高精度的电源。与MEMs产品相比，设计合理的电解质型倾角传感器具有优势，即其测量值是比率值，电压的差异不会影响传感器的读数，因此在操作时不需要昂贵的电源。 单轴电解质型倾角传感器的信号处理流程图

尽管MEMs产品的性能在逐步提高，但在高可重复性应用上仍无法与电解质型传感器竞争。高端的电解质型产品通常具备亚角秒级的可重复性，即便是价格低廉的产品现在也具备5角秒可重复性。非定制MEMs产品还不具备这种级别的性能，只有更昂贵的高端MEMs产品才具备此性能，而这要求昂贵的电子器件支持。 在极端条件下，电解质型传感器同样胜过MEMs产品。产品的环境耐久性极大地影响其性能。电解质型传感器在 60℃至120℃的温度范围内拥有良好的性能证明记录，在特定应用中的温度范围更宽，遍及航空航天、建筑、钻井和太阳能跟踪。由于没有易损耗的活动件，电解质型传感器拥有很长的使用期，能够应对振动和冲击。另外，电解质型传感器使用气密封口，因此不会有湿气问题；而由于MEMs产品使用塑料包装，湿气会对其造成影响。 简易性 电解质型倾角传感器简单易用、性能优越、坚固耐久。将倾角传感器集成到系统中就像读取模拟电压一样轻而易举，电压只是与角度成比例。由于读数是以比率计值，所以不需要完美的稳定5伏电压，只要倾角传感器驱动电压与模数转换（A/D）基准电压相同即可。电解质型传感器可以在任何电压下（5伏、3.3伏等）运转，因此其电子器件非常简单，需要的功率非常低。甚至在更低的功率消耗下，能够缩减工作周期，只在需要的时间读数。通过使用一个电源以及一个具备双数字端口和模数转换器的单片机，利用少量的无源元件就能够将倾角传感器集成到系统中。 Fredericks公司的信号处理板，上面装配了 TrueTilt金属双轴电解质型倾角传感器

正因为其简单易用性，倾角传感器有各种包装可选，比如Fredericks公司专利的金属罐电解质型传感器。一些新的陶瓷传感器设计有安装孔，以利于安装到凹凸不平的机械包装中。就像MEMs传感器很容易安装到电路板上一样，Fredericks公司生产的新型金属电解质型倾角传感器可以直接焊接到一块印刷电路板（PCB）上，从而很容易同其它电子器件集成。 为了达到高可重复性，传感器需要密封才能在不同温度下发挥最大性能。为了获得角秒范围角度的测量值，传感器需要有具备最小热变的稳定基底。在这些应用中，印刷电路板（PCB）并不是最佳的安装选择。对于密封，有许多种安装方案。传感器也可以安置在离印刷电路板一定距离的地方，从而避免使用定制板远距离安装电子器件。 售后支持与实用性 非定制（或者廉价的）MEMs传感器在商业驱动的大规模应用中，并没有承诺将来的可用性。在生产周期很长的实际应用中，采购经理和工程师不得不为过时零件寻找备件，许多时候将导致重新设计电路板或产品以适应新的MEMs产品的器件封装。唯一的出路就是终身采购该产品，或者花费大量时间和资源对电子器件进行重新设计和认证。与MEMs传感器供应商相比，许多电解质型倾角传感器公司在产品和客户支持上更加以客户为中心。他们会为了满足客户需求而做出修改，无论数量多少都会销售给客户。倾角传感器公司能够长期坚持其产品，服务其客户。即使正在开发创新部件，他们仍然继续生产远至上世纪60年代的零件，从而帮助客户继续生产传统产品而无需频繁地重新设计。 电解质型倾角传感器的未来 对于某些应用来说，MEMs倾角传感器在成本、大小和性能上是可以胜任的。然而，在要求低漂移和高可重复性的应用中，或者要求产品寿命长达数年的应用中，电解质型倾角传感器被证明是更好的选择。某些电解质型产品除了在性能方面的优势，还在价格上比同等性能的MEMs产品更具吸引力。一个金属双轴±65°电解质型传感器的成本通常少于5美元，而一台相同性能的MEMs产品和电子器件，其成本在18至25美元之间，价格上是电解质型的3.5至5倍。 电解质型倾角传感器的技术创新将继续提高其性能和耐久性。新型厚膜基玻璃倾角传感器在以极低的成本测量时能够达到亚角秒级可重复性；陶瓷传感器能够在更高的温度中工作；新的金属传感器能够同时做到高可重复性、更大的测量角度和更小的尺寸。随着近来创新的不断出现，以及生产商的大力支持，电解质型倾角传感器将继续成为令人信服的可靠的高性价比产品。

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