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1.1. 课题研究的背景及意义
传感器是一种能将物理量、化学量、生物量等转换成电信号的器件。输出信号有着不同的形式，如电压、电流、频率、脉冲等，能满足信息传输、处理、记录、显示和控制要求，是自动检测系统和自动控制系统中不可缺少的元件。在今天的信息时代里，信息产业包括信息采集、传输、处理三部分，即是所谓的传感技术、通信技术、计算机技术。
利用物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理，研究发现新现象与新效应是传感器技术发展的重要工作，是研究开发新型传感器的基础。这样，传感器就成了现代科学的中枢神经系统，日益受到人们的重视，同时也成为现代传感器技术发展的必然趋势。在过去几十年里，传感器经历了从诞生到家喻户晓的发展过程。如今，很难找到一个能够完全脱离传感器而存在的领域或产业部门[ ]。
信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器己成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员的定义为:“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gospel等的说法是:“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。
倾角传感器是一种将安装面与水平面倾角转换为电信号的传感器。主要用于通信指挥车、架桥机、水利施工、机床调平、土木建筑等系统。
目前, 很多工程应用中都需要一个水平基准或对倾角进行测量, 并将数据输入到计算机进行保存或处理。物体倾角的测量在机器人、飞行器以及运动小车的位姿控制中，有着非常重要的作用。目前传统的倾角传感器，虽然精度高，但是价格昂贵，并不适合在电子制作中使用。通过加速度传感器，也能间接计算出物体当前的倾角。虽然只能测量物体静态时的倾角，但是由于价格低廉，在不需要测量运动物体倾角的场合，还是有很大的应用价值。
1.2. 倾角传感器发展现状
1.2.1. 倾角传感器种类
传感器的分类方式很多，一般可按工作原理、作用和运行方式来分。
根据倾角传感器的工作原理可分为“固体摆”式、“液体摆”式、 “气体摆”三种倾角传感器。
“固体摆”式惯性器件固体摆在设计中广泛采用力平衡式伺服系统，如图 1.1所示，其由摆锤、摆线、支架组成， 摆锤受重力G和摆拉力 的作用，其合外力为：F= G =mg (1)其中， 为摆线与垂直方向的夹角。在小角度范围内测量时，可以认为F与角度 成线性关系。如应变式倾角传感器就是基于此原理[ ]。
图 1.1 固体摆原理示意图
“液体摆”式惯性器件液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液，并有三根铂电极和外部相连接，三根电极相互平行且间距相等，如图 1.2所示。当壳体水平时，电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时， 电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻。当玻璃壳体倾斜时， 电极间的导电液不相等，三根电极浸入液体的深度也发生变化，但中间电极浸入深度基本保持不变。如图 1.3所示，左边电极浸入深度小，则导电液减少，导电的离子数减少，电阻增大，相对极则导电液增加，导电的离子数增加，而使电阻R1减少，即R1>R反之，若倾斜方向相反，则R1<R。在液体摆的应用中也有根据液体位置变化引起应变片的变化，从而引起输出电信号变化而感知倾角的变化。在实用中除此类型外，还有在电解质溶液中留下一气泡，当装置倾斜时气泡会运动使电容发生变化而感应出倾角的“液体摆”[ ]。
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