角位移傳感器可以用來測量物體相對于水平面的傾角值，但是在更多的應用里，用戶需要通過角位移傳感器檢測數據的變化了解設備或物體的狀態是否安全、性能是否最佳。作者就涉及安全、市政、節能增效等應用場合探討了角位移傳感器的應用技術。

前言

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。角位移傳感器（也稱傾角傳感器）是其中的一種，它可以用來測量物體相對于水平面的傾角值。

角位移傳感器最直接的應用是檢測各類設備、物體與水平面的傾角值，或者是運動設備或物體的角位移變化值。如工廠里常用的皮帶輸送機，可能需要檢測其相對于水平面的傾角，當皮帶輸送機是移動式或在物料堆場的堆取料機上安裝時，其運行角度是變化的，都可能需要使用角位移傳感器檢測其傾角變化值或角位移值。

但是在更多的應用里，可能用戶并不需要了解設備或物體的傾角值，而只不過是通過角位移傳感器檢測數據的變化，了解設備或物體的狀態是否安全、性能是否最佳。而這樣一些應用大大拓展了角位移傳感器的應用空間，使其廣泛應用于各行各業，從而發揮了更大的作用。

我們可以對角位移傳感器的應用作一些歸類，一方面要在目前已經進入的領域作進一步的開拓，另一方面積極探索進入新領域的可能性。以下作者將就涉及安全、市政、節能增效等應用場合探討角位移傳感器的應用技術。

安全應用

在金屬礦山或煤礦露天開采時，邊坡越陡，廢石采掘量越少，經濟效益越高，但邊坡的穩定性就降低了。所以采場的做法是采用高陡邊坡，同時加強對采場邊坡穩定性進行監測。采場邊坡穩定性就需要采用角位移傳感器，用于對邊坡可能發生滑坡的危險進行實際觀測，當有滑坡危險的苗頭時，應預判滑動性質、滑動體規模和準確預報滑坡等以確保人員和設備的安全，避免災難性事故的發生。

電視塔等高度非常高的建筑物，在建設過程中或者后期維護中需要對塔體的傾斜角度采用角位移傳感器進行監測，預防建筑物傾斜倒塌事故發生。年代久遠的古建筑物、歷史文物需要進行保護時，也往往需要采用包括角位移傳感器在內的傳感器進行監測。據介紹，泰山世界文化遺產動態信息及監測預警系統設計方案將泰山古建筑群、碑刻群列為重要保護對象，方案要求對這類保護對象進行微環境、穩定性及風化情況進行實時在線監測，其中穩定性監測就需要采用包括角位移傳感器在內的各類傳感器對建筑群、碑刻群的傾斜、位移、開裂進行監測。

圖1 露天礦邊坡的實時監測設備

活火山有可能噴發，甚至造成火山性地震，為了了解火山噴發前的地殼運動，可以把角位移傳感器埋置在火山附近的地下深處，當火山將要噴發的時候，就可以對通過地殼運動引起的角位移傳感器角度變化進行檢測。日本九州鹿兒島縣櫻島的火山活動非常活躍，2006年、2009年、2011年、2013年就發生了4次較大規模的火山噴發，而在2015年的8月23日，櫻島活火山發生了4次小規模的噴發，煙高300~600m，角位移傳感器的觀測數據顯示山體仍然處于膨脹狀態。日本氣象廳認為發生大規模噴發的可能性增大，宣布維持第4級噴發預警，呼吁民眾予以高度警惕，并要求當地居民避難。

一些高空作業的車輛，如塔式起重機、履帶式起重機、輪胎式起重機、火車線路架橋機、高空作業車等移動式作業車輛，其車體質量主要分布在豎直方向上，因此，其在水平方向上的平衡性比較差。一旦所處地面不平整，車體晃動，很容易引起側翻發生，威脅使用者的人身安全。塔式起重機所裝備的防傾翻監控儀由角位移傳感器和傾角顯示報警器組成，當塔身的傾斜角度超過角位移傳感器設置的臨界角度時，報警裝置報警，提醒操作人員注意并排除引起傾翻的風險因素，確保作業過程安全。輪胎式起重機駕駛室的水平狀態和吊桿傾角均由角位移傳感器來測量（見圖2），將這兩個變化量引入安全系統，以防止傾翻事故的發生。

圖2 輪胎式起重機角位移傳感器的安裝位置

2008年我國南方最冷的冬天很多輸電線路因結冰增重而造成輸電線鐵塔倒塌的事故，而現在角位移傳感器應用于輸電線鐵塔傾斜角度實時監測，一旦因為線路結冰、大風等自然災害導致傾斜角度過大，可實時發出預警信號，由工作人員維修以減少損失。

市政應用

市政行業的應用是一個極具潛力的應用領域，如隨著城市的飛速發展，城市商業化元素也在迅速的增長，廣告牌匾大幅度增加，但當出現大風、驟雨等極端天氣時，這些大型戶外廣告發生傾倒的事例屢見不鮮，成為城市管理中突出的安全隱患。人工巡查費時費力，且無法實現對大型戶外廣告牌匾穩固性的實時監測。基于角位移傳感器的大型廣告牌匾傾斜監測系統的設計，實現了對大型牌匾傾斜角度的實時測量、動態智能感知預警，使監管單位第一時間發現存在的安全隱患，保證及時修繕。北京西城區就在大型戶外廣告牌匾上加裝了角位移傳感器，監測數據可以通過無線網絡實時傳輸到管理部門，根據監測結果對大型廣告牌匾的傾倒情況自動化預警。

昆明市城市管理綜合行政執法局在城市道路橋梁管理信息系統中首次對橋梁牢固度、車流量、橋墩傾斜等數據進行監測分析，其中包括橋墩傾斜監測儀（見圖3）。如當車輛經過橋梁時，每個橋墩都會產生微小的傾斜，可通過角位移傳感器監測傾斜數據。再通過無線網絡傳輸至監控平臺，如果傾斜數值突破正常范圍，系統就會立即報警，工作人員就會馬上趕到現場，對橋梁安全情況進行檢查。

圖3 橋墩傾斜數據監測數據傳送

新疆阿勒泰市政府購置了一輛32m的云梯消防車，車上安裝了角位移傳感器，對云梯伸縮臂在不同的舉升高度時的傾斜角度進行測量和監控，以避免云梯因超載引起傾覆事故。而在路面非平整地帶，還可以通過裝在云梯底部平臺的角位移傳感器對車體自身的傾斜角進行測量并修正，以保證傾角測量的真實性。

道路井蓋是城市地下管道系統中的一項公共基礎設施，主要用于遮蓋地面上的各類深井坑，以防行人及車輛跌落或陷入其中，避免安全意外的發生，同時也能對地下設施起到了隔絕保護的作用。當前城市道路井蓋數量龐大，覆蓋范圍廣，傳統的人為監控和管理已經顯得力不從心。通過在井蓋上加裝角位移傳感器，然后以遠程無線監控方式可對井蓋的日常狀態進行監控。

沉香為傳統名貴中藥，每克市價高達數萬港幣，香港過去3年已有近500棵沉香樹被非法砍伐。香港中文大學研發出“護樹監控系統”，集合了聲波傳感器、溫濕度傳感器、角位移傳感器等功能的新型傳感器模塊，可24小時監控樹木狀況，若有人錘擊或砍伐沉香樹，傳感器信息將通過Wi-Fi或電信網絡向監控中心發出警報。

節能增效應用

為充分利用太陽能發電，選擇太陽能電池板的方位角與傾斜角是一個重要的問題，太陽能雙軸跟蹤器采用主動式跟蹤，通過驅動兩臺步進電機以實現光伏電池水平和豎直方向同時對太陽自動跟蹤，從而保證電池板表面時刻與太陽光線垂直，最大限度地接收太陽能量（見圖4），從而有效地提高整個太陽能發電系統的運行質量。研究表明，太陽能設備對太陽光線的跟蹤與非跟蹤，其能量的利用率相差30~40%。

圖4 利用角位移傳感器檢測并調整角度的太陽能跟蹤器

通常電子皮帶秤的傳感器只有測量承載器上物料瞬時重量的稱重傳感器和測量皮帶行程的位移傳感器，當皮帶輸送機傾角固定不變時，電子皮帶秤的稱重傳感器及位移傳感器兩個信號的乘積就是物料的瞬時流量；當輸送皮帶機傾角可能改變時，稱重傳感器及位移傳感器兩個信號乘積所得的物料的瞬時流量要用角位移傳感器（見圖5）的信號進行修正，南京三埃工控股份有限公司在港口可移動皮帶秤上以其最新發明專利——三維姿態跟蹤技術（全方位稱重單元姿態跟蹤），完成稱重系統的角度變化跟蹤、檢測，從而達到在最大和最小角度的計量誤差優于0.5%運行準確度。據計算，如果沒有安裝角位移傳感器，當移動式皮帶機的傾角由13°增大到18°時，僅由傾角變化所引起的測量誤差將超過2.40%。

圖5 角位移傳感器在皮帶輸送機縱梁上的安裝

無人機上安裝了高精度角位移傳感器，用于實時監測飛機的飛行姿態，信號通過無線電波傳輸到地面控制中心，使無人機能實現穩定飛行。

小結

綜上所述，角位移傳感器的應用越來越廣泛，針對角位移傳感器進一步的發展，我有以下幾點建議：應拓寬角位移傳感器的應用領域，擴大其應用范圍；由于新的應用中測點大多相對分散，目前很多應用中采用的無線傳輸技術應該是角位移傳感器信號傳送的發展方向；由于大量的應用是在環境條件惡劣的露天場所，所以角位移傳感器的工作溫度范圍、振動、電磁干擾、防護等級等應適應苛刻環境的要求。