傾きセンサーとは
傾きセンサーとは、対象物の傾き (傾斜角や勾配) を測定するセンサ－です。
角度センサー、スロープセンサー、チルトセンサー、インクリノメーターとも呼ばれます。重力を基準としており、水平に設置して傾きを測定します。
振動する環境で測定する場合でも、入出力を調整する電子機器を追加した傾きセンサーで、ダンピング効果により信頼性が高い計測結果を得ることが可能です。高耐衝撃性のある傾きセンサーは、移動機械、車両、航空機、建設機械内での加速度計測ができます。
傾きセンサーの使用用途
傾きセンサーは、傾きの調節が必要となるさまざまな用途で使用されています。
- 自動車ヘッドライト
ヘッドライトの照射角を自動で調整。 - 建築構造物
建築構造物の傾きなどの老朽化を検出。 - 作業車
リフトやクレーンなどの傾きを検出。 - 輸送機器
自動車や鉄道車両の輸送機器の傾きを検出して転倒を防止。 - 作業台
林業機械や建設機械の荷台の水平を維持。 - 産業機械や光学装置、検査装置の補正
航空機、建設機械の内部や、電子天びん等の傾きを補正。 - スマートフォン
画面の自動回転。
傾きセンサーの原理
傾きセンサーは、計測する方向に水平となるように設置して使用します。原理として、電解液式とMEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 式の2つがありますが、精度や応答時間の観点からMEMS式が主流です。
1. 電解液式 (静電容量方式)
液体の表面が水平になることを利用し、液体の傾きから静電容量の変化量として傾きを検出します。対になる電極を機器底面に設置し、導電性の液体を機器内部の空洞に封入します。電圧を極板間に印加すれば、電場が形成される仕組みです。
液体が流れると電場が変化し、回路の内部抵抗が変化するので、この変化量を計測して角度を測定します。ただし、応答時間が比較的遅く、液面が振動によって影響を受けやすいため注意が必要です。
2. MEMS式
微小電気機械システム技術を利用する方式です。重力によって部位がたわむことで傾斜を測定します。 固定・可動する電極2対が配置されています。
傾斜による電極位置関係の変化から、静電容量の変化量を計測して角度を測定するほか、ローパスフィルタによって衝撃などを減衰させ、誤差を抑える仕組みです。
傾きセンサーのその他情報
傾斜センサーと加速度センサー
傾きセンサーは、対象物の傾き (傾斜角や勾配) を検出するセンサーですが、傾きを測定できるセンサーには傾斜センサーや加速度センサーもあります。
1. 傾斜センサー
センサー出力自体が傾斜角の情報をもっています。周波数変動が低いため、ゆっくりした動きや静止状態の傾斜角測定には有効です。
傾斜センサーは傾いた状態の検出を行うので、建機などのクレーン車や建設車両の転倒防止などに有効です。
2. 加速度センサー
物体に加わる加速度を検出するセンサーです。重力の方向だけではなく、前後左右方向の動きも検出します。傾斜センサーと比較すると、周波数帯域が広く速い動きの測定もできます。
加速度センサーは、スマートフォンの縦横表示を使用環境に合わせて変更するアプリケーションなどに用いられています。
参考文献
https://jp.misumi-ec.com/vona2/el_control/E2700000000/E2704000000/E2704030000/
https://pac-tech.com/files/libs/1718/202007021532529007.pdf
https://www.jcmanet.or.jp/wp-content/uploads/2017/03/1fe60fa1769b5144036195f2b900813b-1.pdf http://www.tokugikon.jp/gikonshi/261/261techno.pdf