1. Einführung: Wofür werden zweiachsige Neigungssensoren verwendet?

Zweiachsige Neigungssensoren werden zur Messung der Neigung eines Geräts gegenüber der horizontalen Ebene verwendet. In diesem Beitrag werden wir erklären, was zweiachsige Neigungssensoren sind und in welchen Anwendungen sie eingesetzt werden.
Für diejenigen, die mit zweiachsigen Neigungssensoren nicht vertraut sind: Sie bestehen im Wesentlichen aus zwei identischen MEMS-basierten Chips, die auf zwei identischen Basiseinheiten montiert werden können. Die Basiseinheit kann auf einem beliebigen Gerät wie einem Kran, einem Gabelstapler usw. installiert werden, das über eine eigene Plattform verfügt, auf der der Sensor angebracht werden kann, so dass er sich immer in der gleichen Position befindet. Auf diese Weise kann er die Neigung des Geräts allein aufgrund der Schwerkraft messen (daher der Name). Dies ist eine sehr kostengünstige Lösung, da bei der Verwendung einer großen Anzahl von Geräten mit hoher Genauigkeit keine externe Stromversorgung und kein Gewicht erforderlich sind.
Es gibt mehrere Anwendungen, bei denen ein zweiachsiger Neigungssensor verwendet wird:

- Messung des Neigungswinkels für ein Solartrackersystem
- Kran-Überwachungssystem: Bei dieser Anwendung wird ein zweiachsiger Neigungssensor verwendet, um sowohl die vertikale Position als auch den Neigungswinkel zu messen. Es ist zu beachten, dass beide Messwinkel gleichzeitig durch zwei verschiedene Konfigurationen erreicht werden können (d.h. horizontaler Controller und vertikaler Controller in einer Grundkonfiguration oder eine Kombination davon).
- Wägestation: Viele Menschen bevorzugen das Wiegen ihrer Waren an der Auswiegestation, weil sie beim Wiegen ihrer Waren keine beweglichen Teile benötigen (wie es oft in Supermärkten der Fall ist). Die zweiachsige Kippvorrichtung macht dies möglich, indem sie die Schwerkraft aus der Gleichung eliminiert (was sie aufgrund ihrer Trägheit sehr robust macht).
2. Zweiachsige Neigungssensoren im Solar-Tracker-System:

Haben Sie jemals einen Solar Tracker gekauft und sich gefragt, wie er funktioniert? Eigentlich ist es ganz einfach: Das Solar-Tracker-System ist ein Neigungsmesser. Ein zweiachsiger Neigungssensor misst die Winkelposition des Geräts relativ zu einem Referenzrahmen, der senkrecht zu seiner Drehachse steht. Außerdem misst er vier weitere Winkel (Antireflexion, Plus-Minus, wieder Plus-Minus und Null Grad). Dadurch kann das Solar Tracker System zur Verfolgung von Objekten in bis zu 100 Metern Entfernung verwendet werden. Bei der Installation von Solar-Trackern wird der Tracker in der Regel an einem Mast oder Pfosten mit einem Fokus-Tracking-Mechanismus montiert, der gewährleistet, dass der Tracker auf dem Objekt bleibt, das er verfolgt. Der Fokusnachführmechanismus ist in der Regel ein Gelenkarm mit zwei Kugellagern an jedem Ende, der sich im Verhältnis zu seiner Basis frei drehen kann. Wenn er an einem Mast oder Pfosten montiert ist, kann er sich durch ein einzelnes Kugellager an jedem Ende beim Neigen nach oben/unten bewegen.
3. Zweiachsige Neigungssensoren in der Kranüberwachung:
Der zweiachsige Neigungssensor ist ein kostengünstiger, leistungsstarker Neigungssensor auf MEMS-Basis, der häufig in Solar-Tracker-Systemen, bei der Kranüberwachung usw. eingesetzt wird.
Was misst sie also?
Der zweiachsige Neigungssensor misst mit fast 0,5° die Schwankungen der Bodenbewegung. Er tut dies mit einer sehr hohen Geschwindigkeit - bis zu 40 Hz für die zweiachsigen Neigungssensoren an der Fernlenkanlage und etwa 10 Hz für den Kreisel an den Stabilisatoren. Er kann zum Ausgleich von Bodenunebenheiten sowie zur Messung von Windgeschwindigkeit und -richtung verwendet werden.
Seine geringe Auflösung ermöglicht die Montage auf horizontalen Ebenen, während seine hohe Auflösung die Montage auf vertikalen Ebenen mit Hilfe eines Adapterschraubensystems ermöglicht. Der zweiachsige Neigungssensor wird mit einem einzigartigen abnehmbaren Kabel geliefert, das an beiden Enden des Kabels angeschlossen wird, um es mit einem Sensor wie einem Neigungsmesser oder Gyroskop zu verbinden.

4. Die Vorteile von zweiachsigen Neigungssensoren:
Zweiachsige Neigungssensoren werden vor allem in Solar-Nachführsystemen eingesetzt. Das Grundprinzip der Solarnachführung besteht darin, den Winkel der Sonne zu messen (siehe z. B. Solarnachführungssysteme). Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Winkel der Sonne zu messen, aber die gebräuchlichste ist die Verwendung eines Kompasses zur Erfassung des Magnetfelds. Das Magnetfeld wird dann in einen Vektor umgewandelt, anhand dessen man feststellen kann, ob die Sonne direkt vor einem steht oder nicht. Ein Kompass hat drei unabhängige Achsen: X, Y und Z. Wenn ein Kompass direkt auf Sie gerichtet ist (oder auf ein Objekt, das Sie sehen können), zeigt er auf Linien, die parallel zu seinen Achsen verlaufen.
Aber selbst mit diesen beiden Achsen gibt es viele Winkel, die nicht direkt gemessen werden können: Wenn Sie zum Beispiel vor einem Objekt stehen und Ihren Kompass auf dieses Objekt richten (das senkrecht zu seiner Achse steht), dann zeigt Ihr Kompass entlang von Linien in einem Winkel, der davon abhängt, wo Sie stehen. Das macht es sehr schwierig, mit einem Kompass festzustellen, ob Sie auf ein Objekt oder auf etwas anderes (wie z. B. Objekte hinter Ihnen) gerichtet sind oder nicht.
Zweiachsige Neigungssensoren lösen dieses Problem, indem sie sowohl X als auch Y unabhängig voneinander messen (und Z nur, wenn das zu erfassende Objekt keine anderen Achsen hat). Darüber hinaus wurden sie für die Inspektion von Gestein und anderen Mineralien vor dem Bohren von Löchern für die Erkundung geothermischer Energie verwendet, um Schäden durch Bohrschockwellen zu vermeiden.
Das Prinzip der zweiachsigen Neigungssensoren ist eigentlich ganz einfach: Sie erfassen gleichzeitig zwei verschiedene Richtungen in Bezug auf ihre Sensorachse. Da sie zu einem bestimmten Zeitpunkt nur eine Richtung erfassen, können sie genauere Messungen als andere Sensoren liefern, da sie in der Lage sind, kleine Richtungsänderungen im Laufe der Zeit zu erkennen.

5. Die Nachteile von zweiachsigen Neigungssensoren:
Neigungsmesser werden in vielen Branchen eingesetzt, von der Industrie bis zur Landwirtschaft und sogar im militärischen Bereich. Sie sind besonders nützlich für den Produktmarkt, wo die Stabilität des Produkts wichtig ist.
Auch wenn ein Zwei-Achsen-Sensor auf den ersten Blick attraktiv erscheint, weil er sowohl Winkel als auch Verfolgungswinkel messen kann, gibt es einige praktische Nachteile bei der Verwendung solcher Sensoren:
- Die Empfindlichkeit der meisten zweiachsigen Neigungssensoren ist nicht sehr hoch, so dass es schwierig ist, sie in Produkte zu integrieren, die eine hohe Genauigkeit erfordern. Darüber hinaus liegt die Positionierungsgenauigkeit der meisten Zweiachsensensoren unter ±0,1°. Sie können jedoch als Referenzwinkelsensor verwendet werden, der in verschiedenen Winkeln auf verschiedenen Oberflächen eingesetzt werden kann, und in Kombination mit anderen Neigungssensoren (z. B. radiometrischen oder anderen Hardwarekomponenten) eine genaue Korrektur für alle nicht vertikalen Positionsdifferenzen liefern kann.
- Zweiachsige Sensoren haben mehr Probleme mit Drift und benötigen daher genauere Kalibrierverfahren.
- Die Ausgabe von zweiachsigen Neigungssensoren muss in Polarkoordinaten umgewandelt werden, die von der Software digitalisiert werden müssen, bevor sie im integrierten Speicher des Geräts gespeichert werden (normalerweise 1 oder 2 Bits). Dies erschwert die Kontrolle darüber, wie viele Daten an externe Geräte wie Webschnittstellen oder mobile Apps gesendet werden sollen (und wie viel Rechenleistung dabei verbraucht werden soll).