AN5551應(yīng)用筆記-工業(yè)應(yīng)用中的精密傾斜感知（中文版）

引言

在本應(yīng)用筆記的指導(dǎo)下，用戶可在靜態(tài)或動態(tài)環(huán)境中選擇最合適的意法半導(dǎo)體傳感器進(jìn)行角度測量。

傾角計用于測量相對于地球重力矢量的傾斜、坡度或傾角。傾角計廣泛應(yīng)用于游戲控制器、土地測量、飛機(jī)飛行控制器、衛(wèi)星天線、平臺調(diào)平、太陽能電池板、車輛、照相機(jī)、手機(jī)等方面，以及工業(yè)和醫(yī)療平臺調(diào)平領(lǐng)域。

傾斜估測中使用的典型技術(shù)包括液體電容傳感、液體中的氣泡、電解質(zhì)、MEMS 加速度計或 imu。MEMS 傾角計因其較小的尺寸、低廉的成本和易于集成而廣受歡迎。MEMS 技術(shù)的最新進(jìn)展進(jìn)一步降低了噪聲、尺寸和功耗。

根據(jù)所使用的算法，傾角計主要分為兩類：

• 靜態(tài)傾角計主要用于靜態(tài)應(yīng)用，例如天線或平臺穩(wěn)定和監(jiān)測、建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）、農(nóng)業(yè)設(shè)備中的主動側(cè)翻保護(hù)（ARP）、機(jī)器人位置感知和控制、太陽能電池板安裝和跟蹤器、工業(yè)機(jī)械底盤調(diào)平、精密水準(zhǔn)儀。在這些應(yīng)用中，平均加速度始終接近地球重力（g = 9.81 m /秒2或 32.2 英尺/秒2）或僅經(jīng)歷短期外部加速度，因此靜態(tài)傾角計是傾斜角的合適解決方案，能夠提供可靠的精度 。外部加速度（任何類型的運(yùn)動，如移動、振動等）會在靜態(tài)傾角計的傾斜測量中引入誤差。
• 動態(tài)傾角計是一種用于測量物體相對于重力矢量的坡度（傾斜度）、高度或下垂度的解決方案，而該物體并非靜止且會經(jīng)受快速運(yùn)動、振動或沖擊。由于傾角計僅依靠重力加速度的投影來測量物體相對于重力矢量的角度，因此任何外部加速度（任何類型的運(yùn)動，如移動、振動等）都會在傾斜測量中引入誤差。為了克服這個問題，除了加速度計之外，還可以使用陀螺儀。這種使用 IMU 并利用高級算法（例如：卡爾曼濾波器）來組合兩個傳感器測量值的解決方案被稱作動態(tài)傾斜儀，能夠?qū)铀俣扔嫼屯勇輧x的信號進(jìn)行處理，以獲得來自各個傳感器的無誤差值。

表示重力矢量和傳感器/設(shè)備軸之間角度的傾角可以用三個不同的分量在三維空間中表示。不同行業(yè)的表示方式各有不同，具體取決于傳感器的傳感軸數(shù)。在下一節(jié)中，我們將描述使用加速度計和不同軸模式計算傾角的原理。