倾角传感器是一种利用惯性原理的加速度传感器

据报道，倾角传感器BSS138W是一种利用惯性原理的加速度传感器，可以提供相对于重力的倾角信息。该传感器广泛应用于监控各种设备状态的应用。

在一些手持设备中，低成本的倾角传感器将用于监控握持设备的角度，以方便自动旋转功能的实施。在各种工业机械、车辆和建筑设备中，一些更高端的应用场景需要高性能、足够可靠的倾角传感器来辅助驾驶控制、吊杆倾角测量、倾角保护等与安全密切相关的功能。

从倾角开关到MEMS

严格来说，最早的倾角传感器不是传感器，而是由底部带导电板的滚球组成的开关。当设备倾斜角达到一定限度时，球滚到底部，与板形成电气连接，产生指示信号。从原理上讲，我们可以称之为电力机械倾角开关。

然后，早期的倾角传感器在密封腔中含有电阻或电容液体。当设备倾斜时，液体流向发生变化，从而改变内部电路的电阻或电容，然后通过电路输出直接监控。此时，倾角传感器可以提供相当准确和可靠的倾斜数据，但缺点是传感器本身很容易受到外部干扰，响应速度不快。

微机电系统MEMS随着技术的不断发展，传感器开始发生翻天覆地的变化。目前倾角传感基本采用MEMS技术，将机电元件组合在芯片上。基于此基础。MEMS倾角传感器在硅芯片中增加质量块，通过重力的变化影响电气输出。MEMS倾角传感器以其体积小、性能高、成本低等优点迅速占领航空航天、工程机械、消费电子等领域，市场份额逐年增加，已成为工业倾角测量的首选。当然，在MEMS倾角传感器下也有许多细分技术路线，如电容式、谐振式等。目前国际主流主流MEMS根据倾角传感器制造商的技术路线，基本采用电容式。

倾角检测中的挑战

虽然基于MEMS与传统液体技术相比，倾角传感解决了响应速度、使用寿命等方面的缺点，但放置在传统液体技术中MEMS倾角检测的挑战并没有减少。倾角传感器的功能和精度受到多种因素的影响，如上图所示“双轴”。轴数的选择需要根据具体应用程序进行选择。轴数选择不当会对测量结果产生很大的影响。其他因素还包括温度、倾角传感器刻度、线性度和交叉轴灵敏度。

区分静态和动态应用也是一个挑战。在动态应用中，传感器受到振动、冲击等额外加速度的影响，而在静态应用中，这些加速度通常可以忽略不计。如果传感器捕捉到额外的加速度，任何足够小的额外加速度都会导致计算出的倾角变形。这在所有基于重力的倾角传感器中都很常见，而且很容易造成较大的测量误差。

即使传感器本身的性能足够好，精度也很高，一旦混合了额外的加速度，误差可能会立即超过极限。为了解决这一挑战，许多制造商使用低通滤波器来抑制振动和冲击，这确实解决了一些问题，但低通滤波器的引入导致了输出延迟。

那么，如何抑制振动误差，即时反应倾角输出呢？

智能倾角检测与传感器集成

无论实施什么样的滤波器和补偿，单一的传感器都不可能覆盖一切。传感器集成是提高倾角传感器性能的有效方法，如加速度传感器和陀螺仪的组合，通过另一个传感器的强度来补偿一个传感器的弱点。对于大多数动态应用程序，需要加速度传感器和陀螺仪来测量和评估倾斜度。

使用陀螺仪稳定倾角传感器可以显著减少速度或方向的变化以及颠簸和振动对短期加速度的额外负面影响。ST的IIS2ICLX，通过传感器集合功能，可以有效地从其他外部传感器收集数据。算法将不同传感器获得的数据集成在一起，以产生稳定但快速跟踪的倾斜输出信号。IIS2ICLX甚至嵌入一组独特的AI算法；TE的AXISENSE-G它也是三轴倾角传感器、陀螺仪和温度传感器的大集成。算法还可以在从不同的传感器获取数据后补偿温度效应。

小结

传感器集成后的倾角传感器在动态条件下对加速度更敏感，但不会受到那些“额外”加速度的影响。加上引入各种智能算法，MEMS倾角传感还实现了量程带宽配置、自诊断等智能功能。在这些进步下，即使在振动和冲击强烈的环境中，倾角传感也能实现足够准确可靠的倾斜信息。