电解质型倾角传感器在天线控制中的应用

1.引 言

　　传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，作为信息系统的关键基础器件，近年来，已经受到国内外的广泛关注。倾斜传感器作为经典的传感器之一，也正在被新材料、新原理、多功能、新结构所取代，与数字技术、通信技术的结合越来越密切，朝着集成化、智能化和微型化方向发展。

图一

2.倾斜传感器原理

　　为了测知被测物体与标准水平面的倾斜角度，常常用到一种电解质型传感器.图为一双轴传感器在轻微倾斜时单轴向示意图，传感器由密封圆筒构成，圆筒之间充满整个容量一半左右的流体介质，电解质为呈粘滞性液体，圆筒中装有电极，并且浸泡在电解液中，各电极分别有管脚引出。当传感器倾斜时，液面因为重力保持水平，两电极间传导率与电极浸入液体的长度成正比。例如图中所示的倾角下，电极a、b之间的传导率大于电极b、c之间的传导率。可见，在电特性上，传感器类似于分压计，阻抗的变化和倾斜的角度成正比，传感器输出信号随倾斜角度变化的关系如图二所示,注意当倾角大于20°时输出信号变得非线性。可以证明，传感器可以测量的倾角范围为电解液容量、电极间距和电极长度的函数。传感器在某种程度上类似于铅酸电池，电流能引起电解质的化学反应，最终结果使电解质失去导电性，所以为了防止电解反应的发生，传感器的激励必须为频率足够高的交变电流。对于某些电解液，这个频率可以为25Hz，而有些电解液则需要达到1000Hz到4000Hz。

图二 传感器输出特性

3. 倾斜传感器在舰载天线控制中的应用

　　3.1舰艇的前进、海浪颠簸都会导致舰载天线随机座发生倾斜，所以为了保证天线能够连续准确地跟踪卫星，就要对天线轴架进行实时调整。由于天线的转动控制除了方位（Azimuth）与俯仰（Level），还有一个俯仰的垂直面（Cross level），因此要用到三个检测电机转速的角速度传感器和一个检测水平度的倾斜传感器。如图所示：

图三 舰载卫星天线示意图

　　3.2传感器参数及应用

　　测量范围±45°；输入电压＋5v；输出＋1～4vDC或4～20mA；分辨率为0.01°；非线性为±2°；工作温度为－40°C～＋80°C；承受冲击能力为1000g，1msec。

　　对于双轴传感器则即有与单轴传感器类似的属性，又包含自身的复杂性。由于双轴共享中心电极，四个外围电极理想地分布于正方形的四个角，所以每个轴向的独立测量要用到两种方法：一是同一时刻只有一个轴向激励，二是双轴向同时加载不同频率的激励，如图所示，电极a、c间的激励信号频率为电极d、e间的二倍，要注意方法一中正交的两个轴向分别为对角线ac和de方向，而方法二中正交的两个轴向则是外围电极正方形的边缘ae和ad方向。

图四 外围电极波形