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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Neigungssensoren sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 6 Hersteller von Neigungssensoren und deren Firmenranking.
Neigungssensoren sind Geräte, die die Neigung eines zu messenden Objekts erfassen. Sie messen die Neigung von einer horizontalen Position aus und erfassen die Neigung, den Winkel oder die Steigung des zu messenden Objekts.
Neigungssensoren sind Geräte, die die Neigung eines Objekts erfassen.
Er misst die Neigung des Objekts aus einer horizontalen Position in Bezug auf die Schwerkraft und zeigt die Neigung, den Winkel oder die Neigung des Objekts an. Neigungssensoren werden auch als Neigungssensoren oder Winkelsensoren bezeichnet. Neigungssensoren beziehen sich streng genommen nur auf den Teil der Neigungserfassung; es gibt auch andere Typen, wie z. B. Neigungsmesser, die über zusätzliche Elektronik zur Anpassung der Ein- und Ausgänge verfügen.
Neigungssensoren werden zur Neigungserkennung und zur Lageregelung anhand der Daten eingesetzt und haben ein sehr breites Anwendungsspektrum. Beispiele sind die Niveauregulierung von Baumaschinen, die Erfassung der Neigung von Kränen und die Einstellung des Beleuchtungswinkels von Autoscheinwerfern. Sie werden auch verwendet, um das Niveau von Grundstücken und Räumen zu überprüfen und um Smartphone-Bildschirme automatisch zu drehen.
Streng genommen bezieht sich ein Neigungssensor nur auf das Element, das die Neigung erfasst, und wenn ein elektronisches Gerät hinzukommt, das den Ein- und Ausgang regelt, wird es als Neigungssensor bezeichnet. Aber auch Geräte mit handelsüblicher Ein-/Ausgabe- und Recheneinrichtung werden als Neigungssensoren bezeichnet.
Neigungssensoren sind Geräte, die eine Neigung feststellen, indem sie einen elektrischen Ausgang erzeugen, wenn das zu messende Objekt geneigt ist. Neigung tritt in einachsiger, zweiachsiger und dreiachsiger Richtung auf, so dass es wichtig ist, einen Neigungssensor nach der Anzahl der zu erfassenden Neigungsachsen auszuwählen.
Außerdem haben sich die Neigungssensoren in den letzten Jahren von den früher häufig verwendeten Schaltersensoren, die sich bei Erkennen einer Neigung ein- und ausschalten, zu solchen mit kombinierter Sensortechnik entwickelt. Zu den Methoden zur Erkennung der Neigung in Neigungssensoren gehören die Elektrolyt- und die MEMS-Methode, die seit den Anfängen verwendet werden. In den letzten Jahren hat sich die MEMS-Methode in Bezug auf Genauigkeit und Reaktionszeit am meisten durchgesetzt. Sie werden nacheinander erläutert.
Das Prinzip der Neigungssensoren wird hier erklärt. Neigungssensoren sind Geräte, die einen elektrischen Ausgang erzeugen, der sich bei jeder Bewegung ändert. Je nach der Anzahl der zu erfassenden Neigungsachsen werden ein-, zwei- oder dreiachsige Neigungssensoren verwendet. Die frühere Schalterform hat sich weiterentwickelt und wird heute meist mit Sensortechnik kombiniert. Es gibt mehrere Arten von Neigungssensoren. Elektrolyt-, MEMS- und andere Typen werden seit den Anfängen der Neigungssensoren verwendet, wobei der MEMS-Typ aufgrund seiner Genauigkeit und Reaktionszeit am häufigsten eingesetzt wird.
Neigungssensoren auf Elektrolytbasis nutzen die Eigenschaft der Flüssigkeitsoberfläche, stets horizontal zu sein, und erfassen die Neigung der Flüssigkeit als Änderung der elektrostatischen Kapazität. Er besteht aus einem zylindrischen Körper mit einem inneren Hohlraum, in dem der Elektrolyt (leitende Flüssigkeit) in einer Tiefe von etwa der Hälfte seiner Länge eingeschlossen ist, wobei sich die Elektrodenplatten in Längsrichtung gegenüberliegen. Mit anderen Worten: Die entsprechenden Elektroden sind in Längsrichtung zur Hälfte in den Elektrolyten eingetaucht.
Wenn der zylindrische Körper um seine Längsachse gekippt wird und eine Spannung zwischen den Elektrodenplatten angelegt wird, bleibt der Elektrolyt im Hohlraum horizontal und der Innenwiderstand im Stromkreis ändert sich aufgrund des Unterschieds in dem Teil der gegenüberliegenden Elektrode, der in die Flüssigkeit eingetaucht ist. Die Neigungserkennung von Neigungssensoren auf Elektrolytbasis erfolgt, indem die Änderung des Innenwiderstands dieses Stromkreises erfasst und in einen Winkel umgewandelt wird. Sie haben jedoch Nachteile: Die Reaktionszeit ist relativ langsam und der Flüssigkeitsstand wird leicht durch Vibrationen beeinflusst.
Elektrolyt-Neigungssensoren können die Neigung in zwei Achsen erfassen, indem sie zwei Elektrodenpaare orthogonal zueinander anordnen.
MEMS-Neigungssensoren sind Neigungssensoren, die die Technologie der mikroelektromechanischen Systeme nutzen. Die Grundkonfiguration eines MEMS-Neigungssensors besteht aus einem Paar fester Elektroden im Körper und einer federbelasteten beweglichen Elektrode zwischen den festen Elektroden.
Wenn der MEMS-Neigungssensor um eine Achse in der Auflagerichtung der festen und beweglichen Elektroden gekippt wird, bleiben die festen Elektroden unbeweglich und die beweglichen Elektroden bewegen sich in der Richtung, in der der Sensor geneigt ist. Dies bedeutet, dass sich die Kapazität zwischen jeder festen und beweglichen Elektrode ändert. Der Mechanismus des MEMS-Neigungssensors erfasst diese Kapazitätsänderung und wandelt sie in einen Winkel um.
MEMS-Neigungssensoren können auch die Neigung in zwei axialen Richtungen erfassen, wenn die beweglichen Elektroden orthogonal zur XY-Richtung angebracht sind und jeweils zwischen einem Paar fester Elektroden eingebettet sind.
Zu den anderen Methoden, die bei Neigungssensoren verwendet werden, gehören die Pendel- und die Kristallmethode.
Beschleunigungssensoren sind Sensoren, die die Neigung auf dieselbe Weise erfassen wie Neigungssensoren. Neigungssensoren geben den Sensorausgang selbst mit Informationen über den Neigungswinkel aus. Aufgrund ihrer geringen Frequenzschwankungen eignen sie sich für die Messung von Neigungswinkeln in langsamer Bewegung oder im Ruhezustand. Beschleunigungssensoren hingegen erfassen die auf ein Objekt einwirkende Beschleunigung.
Beschleunigungssensoren nutzen die Newton'schen Bewegungsgesetze, die besagen, dass die auf ein Objekt wirkende Beschleunigung proportional zur äußeren Kraft ist, um die Beschleunigung selbst zu messen oder zu erkennen, dass eine äußere Kraft ausgeübt wurde. Da die Beschleunigung selbst festgestellt werden kann, werden sie bei Schwerkraftmessungen und seismischen Messungen eingesetzt. Da sie auch die Einwirkung äußerer Kräfte erkennen können, lassen sich mit ihnen neben der Richtung der Schwerkraft auch Bewegungen in den Richtungen vorne-hinten und links-rechts feststellen, z. B. Neigung, Vibration, Bewegung, Aufprall und Sturz. Im Vergleich zu Neigungssensoren haben Beschleunigungssensoren eine größere Frequenzbandbreite und können schnellere Bewegungen messen.
Aufgrund dieser Unterschiede werden Neigungssensoren z. B. eingesetzt, um das Umkippen von Kränen und Baufahrzeugen zu verhindern. Beschleunigungssensoren hingegen werden z. B. in Anwendungen eingesetzt, bei denen die vertikale und horizontale Anzeige eines Smartphones an die Betriebsumgebung angepasst wird.
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