傾角傳感器，又稱傾斜傳感器、測(cè)角儀或坡度傳感器，它可在重力作用下，測(cè)量物體的角度。隨著微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）制造技術(shù)的進(jìn)步，MEMS傳感器因其性能優(yōu)異，性價(jià)比高的特性，開始大量進(jìn)入市場(chǎng)。

MEMS傾角傳感器，顧名思義，是通過MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）技術(shù)制造的傾角傳感器，其明顯的優(yōu)勢(shì)是測(cè)量非常精準(zhǔn)。

下面，將從2個(gè)例子，說透MEMS傾角傳感器的原理。

例子1：

簡(jiǎn)單來說，MEMS傾角傳感器就是通過地球重力，非接觸式測(cè)量目標(biāo)物體的傾角。本質(zhì)上，傾角傳感器要測(cè)量加速度，特別是重力加速度，因此其內(nèi)部集成了加速度傳感芯片。

加速度傳感芯片由一個(gè)MEMS傳感部件以及外圍信號(hào)處理電路組成。其MEMS傳感部件示意圖如下：

MEMS傳感部件中的藍(lán)色部分是可移動(dòng)的，而紅色部分是固定的。在加速或減速時(shí)，藍(lán)色部分將向左或向右移動(dòng)，藍(lán)色和紅色部分之間的電容則隨之改變。通過測(cè)量電容C1和C2即可確定加速度。如下圖所示：

也就是說，在被測(cè)物傾斜時(shí)會(huì)產(chǎn)生的加速或減速，令MEMS傳感部件中可移動(dòng)部分向一側(cè)移動(dòng)，圖示如下：

從該原理中可以看到，在測(cè)量過程中MEMS傳感部件對(duì)震動(dòng)會(huì)很敏感，被測(cè)物體的震動(dòng)會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。所以必須加入濾波器，消除一定頻率之外的干擾。有些傾角傳感器廠商還會(huì)根據(jù)用戶需要配備濾波器。

濾波器有兩種：巴特沃茨（Butterworth）濾波器和臨界阻尼濾波器（Critically damped）。巴特沃茨更適用于測(cè)量非移動(dòng)的、振動(dòng)較強(qiáng)的物體，例如大型鉆井臺(tái)；臨界阻尼濾波器更適合用于測(cè)量移動(dòng)的物體，例如工程車輛、農(nóng)業(yè)車輛等。目前市面上絕大多數(shù)的傾角傳感器僅配備了巴特沃茨濾波器，或不配備任何濾波器。

例子2：

MEMS傾角傳感器的基本原理是在完全定型的專用集成電路（ASIC）中內(nèi)置一個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器單元。

用一個(gè)有兩個(gè)電極的簡(jiǎn)單模型就能輕而易舉地解釋MEMS 傳感器的作用。

簡(jiǎn)易模型中采用的電極一個(gè)為固定電極，而與彈簧元件相連的另一個(gè)為彈性電極（檢測(cè)質(zhì)量）（參照?qǐng)D1）。

圖 1：MEMS 傳感器的原理（1、檢測(cè)質(zhì)量；2、電極；3、彈簧；4、固定電極）

當(dāng)傾角儀處于水平位置時(shí)（請(qǐng)參閱圖 2.1 ），測(cè)量電極間的相應(yīng)電容量。如果傳感器發(fā)生傾斜（請(qǐng)參閱圖 2.2 ），彈性電極將改變它和固定電極的相對(duì)位置，而傳感器單元所測(cè)量到的兩個(gè)電極之間的電容量也相應(yīng)發(fā)生改變。電容量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的傾斜值。

圖2：MEMS傳感器的位置（1、處于水平位置的MEMS傳感器；2、處于傾斜位置的MEMS傳感器）

其實(shí)，MEMS加速計(jì)的工作原理與MEMS傳感器的工作原理相類似，并且已經(jīng)在許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中得以驗(yàn)證，如手機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳感器和汽車安全氣囊中。

MEMS傾角傳感器的典型應(yīng)用:

農(nóng)業(yè)和林業(yè)機(jī)械

工程機(jī)械和特種車輛

太陽能和光伏

自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)

起重機(jī)和吊裝技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電廠

最后，附上MEMS傾角傳感器的相關(guān)名詞解釋：

補(bǔ)償交叉靈敏度：僅用于雙軸型傾角傳感器。一般情況下，一個(gè)軸的傾斜會(huì)影響另外一個(gè)軸。該補(bǔ)償能夠盡可能的減小這種影響。

振動(dòng)抑制特性：用于設(shè)置濾波器。通過設(shè)置，能夠消除振動(dòng)帶來的負(fù)面影響，獲得穩(wěn)定的信號(hào)輸出。

溫度系數(shù)：傾角傳感器會(huì)受溫度影響，隨著溫度的升高輸出信號(hào)會(huì)變差。