一文知道单轴、双轴、三轴倾角传感器的区别

　　为什么没有三轴倾角传感器？

　　日常的空间维度由长、宽、高三个维度组成，而倾角传感器可以测量这三个维度的倾斜角度。因此，倾角传感器按轴向可分为单轴、双轴和三轴。根据字面意思，单轴倾角传感器只能测量某一方向的角度，双轴倾角传感器则可以测量互相垂直的两个方向的角度，而三轴则可以测量三维空间中三个方向绕任意轴变化的角度。

　　我们常说的倾角传感器一般是指单轴的倾角传感器，单轴倾角传感器的理论基础就是牛顿第二定律。根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。

　　而双轴倾角传感器则是在单轴的基础上结合具体的实际要求，设计出的一款针对两个方向夹角大小的测量工具。

　　双轴倾角传感器通过直接测量被测物体的加速度，经过积分运算可以得到物体的线速度，然后进一步可以得到物体的位移。从根本上来说倾角传感器仍是属于惯性传感器，遵循物体运动的惯性定律和积分计算方法。双轴传感器正是基于这个基本原理设计的，此外还有其他测量原理和测量方法。

　　双轴倾角传感器共用两个敏感轴，计为X轴和Y轴。当敏感轴与重力方向垂直时，每次倾斜一度引起的输出变化值较大；当敏感轴与重力方向呈45度角时，每次引起的变化值较小；当两者接近平行时，每次偏移几乎不再引起输出变化。根据这个原理，双轴倾角传感器可以测量更多类型的物体和测量更多类型的角度，极大提高的测量效率。

　　总体而言，双轴倾角传感器具有单轴倾角传感器的测量优点，同时具有单轴所无法达到的测量效果，具有更加宽广的测量范围。不过，双轴倾角传感器的精度不如单轴，且需要注意的一点是，双轴的倾角传感器可以测量X轴和Y轴两个方向的角度，但不能同时测量X轴与Y轴，一次只能测一条轴向的角度，X轴或Y轴，若同时测量则会引起横轴误差，不能确定其值。

　　根据所需测量的数据，我们可选择不同的倾角传感器。理论上若有三个维度的角度变化，就需要用到三轴的倾角传感器，但其实在现实应用中，三轴倾角传感器并不存在，更准确来说是，双轴倾角传感器可以测量三维角度的变化，而无须用所谓的“三轴倾角传感器”。

　　如图所示，以X轴单轴倾角传感器为例，传感器的测量面只能与X轴有夹角，倾斜面是固定在一条轴线（Y轴）进行转动的。同理，Y轴单轴倾角传感器是以X轴为固定轴进行旋转的。双轴倾角传感器的倾斜面则可以与X、Y轴都有夹角，也可只与其中一个轴有夹角，下图右侧所示为双轴倾角传感器倾斜面的一般情况。

　　从上面单轴与双轴倾角传感器的对比分析中，我们可以看出，双轴倾角传感器的倾斜面的活动部分是一个点或者线，而单轴则只能是一条线。例如，竖直墙面的倾斜就是以墙体与地基结合线为活动部位，此时可用单轴；而一个竖直杆发生缓慢倾倒的过程，是以接触点为活动部位，因此，需要用双轴倾角传感器进行测量。

　　其实在竖直杆发生倾斜的过程中，无论朝哪个方向倾斜，有一点可以肯定，那就是倾斜后位置与原位置夹角就是倾斜面与水平面的夹角，此角可能只是单个X或者Y轴倾角，也可能两者都有，这也是为什么只能用双轴倾角传感器进行测量。至于为什么没有三轴倾角传感器，这是因为当一个倾斜面与X、Y轴的倾斜角度确定了的时候，倾斜面也就固定下来了，没有变动的可能性，即Z轴的夹角也是确定值。