電子發燒友網報道（文/李寧遠）傾角傳感，運用慣性原理的一種加速度傳感器，能夠提供相對于重力的傾角信息。這種傳感器廣泛地使用在監控各類設備狀態的應用中。

在一些手持設備中，低成本的表面貼裝傾角傳感器會被用來監控握持設備的角度方便執行自動旋轉功能。更高端的一些應用場景則在各類工業機械、車輛和建筑設備里，這些場景需要高性能且足夠可靠的傾角傳感器來輔助行駛控制、吊桿傾角測量、傾翻保護等等和安全息息相關的功能。

從傾角開關到MEMS

最早的傾角傳感嚴格來說并不算是傳感器，只是由底部帶導電板的滾球組成的開關。當設備傾斜的角度達到某個限度后球滾到底部，與板形成電氣連接產生指示信號。從其原理來看我們可以將其稱之為電力機械傾角開關。

隨后，早期的傾角傳感在密封腔內含有電阻或電容液體，當設備發生傾斜時，液體流向發生改變，從而改變內部電路的電阻或電容，然后再通過電路輸出直接監控。這時候的傾角傳感已經可以提供相當準確可靠的傾斜數據，但是不足的是傳感器本身極容易受到外部干擾，而且響應速度并不快。

隨著微機電系統MEMS技術的不斷發展，傳感器開始發生翻天覆地的變化，現在的傾角傳感基本上都采用MEMS技術，將機械與電氣元件組合在芯片上。基于MEMS的傾角傳感器會在硅芯片中增加一個質量塊，通過重力的變化影響電氣輸出。MEMS傾角傳感器，以其小體積、高性能、低成本等優勢快速占領航空航天、工程機械和消費電子等多個領域，并且市場占比率逐年增加，在工業傾角測量里已成為首選方案。當然在MEMS傾角傳感器下面也還有不少細分技術路線，如電容式、諧振式等。就目前國際主流MEMS傾角傳感廠商的技術路線來看，基本上都采用了電容式。

傾角檢測中的挑戰

雖然基于MEMS的傾角傳感相比于傳統的液體技術傳感已經解決了響應速度、使用壽命等方面的短處，但擺在MEMS傾角檢測的挑戰并沒有減輕。傾角傳感的功能和精確度受多種因素影響，比如上圖中的“雙軸”。軸數的選擇需要根據具體應用來選擇，軸數選擇不合適會對測量結果有很大影響。其他的因素還包括溫度、傾角傳感器刻度、線性度和交叉軸靈敏度等。

區分靜態與動態應用同樣是一處挑戰，在動態應用中，傳感器受振動、沖擊等額外產生的加速度影響，而在靜態應用中，這些加速度通常是可以忽略的。如果傳感器捕捉了額外的加速度，任何足夠小的額外加速度都會導致計算的傾角變形。這在所有基于重力的傾角傳感中很常見的，也很容易造成較大的測量誤差。

即便傳感器本身的性能足夠優秀，能實現很高的精確度，一旦額外的加速度混入其中，誤差可能瞬間超出限度。為了解決這種挑戰，很多廠商會使用低通濾波器來抑制振動和沖擊，這的確解決了一部分問題，但是低通濾波器的引入又衍生出了輸出延遲的問題。

那么，如何既能抑制振動誤差又能即時反應傾角輸出？

智能化傾角檢測與傳感器融合

無論執行怎樣的濾波和補償，單一傳感不可能面面俱到。傳感器融合是提升傾角傳感性能的一種行之有效的方法，比如加速度傳感器和陀螺儀的組合，將一個傳感器的弱項由另一個傳感器的強項補償。對于大多數動態應用來說，都同時需要加速度傳感器和陀螺儀來測量和評估傾斜度。

使用陀螺儀穩定傾角傳感器可明顯減少由于速度或方向變化，以及顛簸和振動導致的額外短期加速度的負面影響。如ST的IIS2ICLX，通過傳感器集合功能可有效地從其他外部傳感器收集數據，算法將不同傳感器獲取的數據融合在一起，以產生穩定但快速跟蹤的傾斜輸出信號，IIS2ICLX甚至還內嵌一組獨特的AI算法；TE的AXISENSE-G也是三軸傾角傳感器、陀螺儀和溫度傳感器的大融合，算法從不同傳感器獲取數據后還能補償溫度效應。

小結

傳感器融合后的傾角傳感，在動態條件下對加速度的響應更靈敏，但又不會受到那些“額外”的加速度影響。加之各種智能化算法的引入，MEMS傾角傳感又實現了量程帶寬可配置、自診斷等智能化功能。在這些進步之下，即便是在振動和沖擊強烈的環境中，傾角傳感現在也能實現足夠準確可靠的傾斜信息。