Celesco传感器的工作原理

大家好，我是【广州工控传感★科技】Celesco倾角传感器事业部，张工。

Celesco倾角传感器，也称为倾斜传感器、测角仪或坡度传感器，可以测量物体在重力作用下的角度。 随着微机电系统MEMS制造技术的进步，采用MEMS技术制造的倾角传感器测量精度非常高。

下面从两个例子来说明MEMS倾斜传感器的原理。

简而言之，Celesco倾角传感器通过地球重力非接触式测量目标物体的倾角。 本质上，倾角传感器需要测量加速度，尤其是重力加速度，所以它内部集成了加速度传感器芯片。 加速度传感器芯片由MEMS传感器组件和外围信号处理电路组成。 其MEMS传感元件示意图如下：

Celesco传感器感应部分的蓝色部分是可移动的，而红色部分是固定的。 在加速或减速时，蓝色部分会左右移动，蓝色和红色部分之间的电容会相应变化。 加速度可以通过测量电容 C1 和 C2 来确定。 如下所示：

也就是说，被测物体倾斜时发生的加速或减速导致MEMS传感部分的可移动部分向一侧移动，如下图所示：

从这个原理可以看出，Celesco位移传感器在测量过程中对振动非常敏感，被测物体的振动会影响测量结果。因此，必须加一个滤波器来消除超过一定频率的干扰。 一些倾斜传感器制造商还会根据用户需要配备过滤器。

有两种类型的滤波器：巴特沃斯滤波器和临界阻尼滤波器。 Butterworth 更适合测量非移动的、振动较大的物体，例如大型钻机； 临界阻尼滤波器更适用于测量移动物体，如工程车辆、农用车辆等。目前市场上绝大多数倾角传感器仅配备巴特沃斯滤波器，或者没有配备任何滤波器。

示例 2：

Celesco传感器的基本原理是将微机电系统 (MEMS) 传感器单元嵌入到完全原型化的专用集成电路(ASIC) 中。 一个带有两个电极的简单模型可以很容易地解释 MEMS 传感器的作用。 简单模型中使用的电极之一是固定电极，另一个连接到弹簧元件的是弹性电极（质量块）。见下图。

当倾角仪处于水平位置时（见图 2.1），测量电极之间的相应电容。 如果传感器倾斜（见图 2.2），弹性电极将改变其相对于固定电极的位置，传感器单元测量的两个电极之间的电容也会相应变化。 电容的变化被转换成相应的斜率值。

事实上，MEMS加速度计的工作原理与Celesco传感器类似，并且已在许多工业和商业应用中得到验证，例如手机和汽车安全气囊中的运动传感器。

Celesco传感器相关术语解释：

补偿交叉灵敏度：仅用于双轴倾角传感器。 一般来说，一个轴的倾斜会影响另一个轴。 补偿可以尽可能地减少这种影响。

振动抑制特性：用于设置滤波器。 通过设置，可以消除振动带来的负面影响，获得稳定的信号输出。

温度系数：倾斜传感器会受到温度的影响，输出信号会随着温度的升高而变差。