ADI高精度傾角監(jiān)測模塊ADXL357是ADI最新推出的高精度、低噪聲、低功耗的完整三軸傾角測量解決方案，得益于傳感器的高性能及模塊集成的ADI校正及對齊算法，該模塊測量分辨率為0.001°，精度可達±0.05°，短時漂移優(yōu)于0.005°，傳感器在全速工作時只需要200uA電流，非常適合電池供電的場所。

 

這些精密操作離不開傾角監(jiān)測

傾角監(jiān)測在手勢識別接口中有著巨大的潛力。例如，在建筑或工業(yè)檢測設備等應用中，單手操作可能更適用。不操作設備的那只手可以控制操作員站立的鏟斗或平臺，或者可能握持系繩以保證安全。操作員只需“旋轉(zhuǎn)”探針或設備即可調(diào)節(jié)設置。在這種情況下，三軸加速度計會將旋轉(zhuǎn)檢測為傾斜：測量傾角在重力條件下的低速變化，檢測重力向量的變化，并確定方向是順時針還是反時針。

 

傾斜檢測也可以與輕擊（沖擊）識別結合起來，以便操作員能單手控制設備的更多功能。設備位置補償是傾斜測量的又一個重要用武之地。以GPS（全球定位系統(tǒng)）或手機中的電子羅盤為例。這里有一個著名的問題，即在羅盤不與地球表面完全平行時，結果產(chǎn)生的首向誤差問題。

 

工業(yè)電子秤是另一個例子。在該應用中，必須計算裝載桶相對于地球的傾角，以獲得準確的重量讀數(shù)。壓力傳感器（如汽車和工業(yè)機器中使用的傳感器）同樣存在重力影響問題。這些傳感器含有薄膜，其撓度會隨傳感器安裝位置而變化。在所有這些情況下，MEMS加速度計會進行必要的傾角檢測，對誤差進行補償。

 

傾角監(jiān)測和MEMS

加速度、振動、沖擊、傾斜和旋轉(zhuǎn)實際上都是加速度在不同時間段的不同表現(xiàn)。當物體因運動改變傾角時，其相對于重力的位置會發(fā)生一定的變化。與振動和沖擊相比，這種運動一般非常緩慢。MEMS加速度計通過測量重力在加速度計軸上產(chǎn)生的作用來監(jiān)測傾角。在三軸加速度計中，用三個獨立的輸出來測量X、Y和Z三個運動軸上的加速度。

 

圖2.獨立傾斜監(jiān)測的角度

 

傾角監(jiān)測一般分為兩種，一種是靜態(tài)傾角監(jiān)測，如樓宇、山體滑坡等的傾角監(jiān)測，另一種就是大量程動態(tài)傾角監(jiān)測，比如大的無人機在飛行過程中振動比較大，這種條件下依然要監(jiān)測傾角。對MEMS加速度計而言，精確的傾角監(jiān)測是一種要求頗高的應用，尤其是在有振動的動態(tài)環(huán)境中進行傾斜測量，需要g值范圍較高的加速度計，比如ADXL357。有限g值范圍的加速度計測量可能會削波，導致輸出失調(diào)增加。引起削波的原因可能是靈敏軸在1g重力場中，或者是發(fā)生上升時間快但衰減慢的沖擊。較高的g值范圍可減少加速度計削波，從而降低失調(diào)，在動態(tài)應用中提供更好的傾斜精度。

 

ADXL357是一款低噪聲、低漂移、低功耗三軸MEMS加速度計，可實現(xiàn)高頻低噪聲性能，提供高分辨率振動測量，可在狀態(tài)監(jiān)控應用中盡早檢測出機器故障。該器件不僅性能出色，功耗也極低，因而是無線傳感器網(wǎng)絡的理想之選。此外，該產(chǎn)品還可在高沖擊和高振動的環(huán)境下提供精確可靠的傾斜測量，不會造成傳感器飽和。對于重型設備或無人駕駛飛機(UAV)等機載平臺的傾斜測量而言，這一點非常重要。作為ADI公司高性能傳感器技術的最新典范，ADXL357可為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)用途提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，支持從網(wǎng)絡邊緣進行智能檢測。

 

圖3.傳感器ADXL357框圖

 

數(shù)字輸出的ADXL357提供可選測量范圍是±10g、±20g和±40g，靈活度更高；噪聲密度為80µg/root Hz，處于業(yè)界領先水平，在溫度范圍內(nèi)的0g失調(diào)漂移保證上限為0.75mg/C，只需極少量的校準工作即可實現(xiàn)精密測量。此外，產(chǎn)品采用密封封裝，可以確保最終產(chǎn)品出廠后重復性與穩(wěn)定性始終符合其規(guī)格參數(shù)。ADXL357體積小巧，集成度高，功耗低，僅需200uA的電流，在狀態(tài)監(jiān)控的無線網(wǎng)絡、無人駕駛飛機等機載平臺、物聯(lián)網(wǎng)等電池供電應用中能夠延長電池壽命。 

 

結論

傾角監(jiān)測正迅速成為許多領域的基本分析工具，包括汽車、工業(yè)和醫(yī)療保健，導航、車輛動態(tài)控制、建筑傾斜指示和運動檢測系統(tǒng)都依賴這種簡單、低成本且精確的角度監(jiān)控方式。MEMS加速度計比其它方法更適合進行傾角測量。ADI的高精度傾角監(jiān)測模塊由高性能低功耗Cortex-M4處理器ADuCM4050、三軸MEMS加速度計ADXL357和電源組成，處理器集成了傳感器數(shù)據(jù)的所有處理過程，包括傳感器校正、數(shù)據(jù)濾波、傾角解算、零點歸零等。這些算法都以標準庫的形式提供，方便用戶進行二次開發(fā)。

 

該解決方案在智能城市中有廣泛的應用場景，如城市井蓋傾斜監(jiān)測，城市路燈傾斜預警，廣告牌傾斜預警，城市橋梁狀態(tài)監(jiān)測，城市管道傾斜度檢測，電力、通信鐵塔抗臺風監(jiān)測，太陽能跟蹤器等。ADI賦予這些應用以高性能的傾角測量能力，能夠降低各種事故發(fā)生的概率，極大地保護人民生命財產(chǎn)安全，進一步提高城市的智能化水平，為智慧城市奠定感官基礎。