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图 1.2液体摆原理示意图
“气体摆”式惯性器件气体在受热时受到浮升力的作用，如同固体摆和液体摆也具有的敏感质量一样，热气流总是力图保持在铅垂方向上，因此也具有摆的特性。“气体摆”式惯性元件由密闭腔体、气体和热线组成。当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时，热线的阻值发生变化，并且热线阻值的变化是角度或加速度的函数，因而也具有摆的效应。其中热线阻值的变化是气体与热线之间的能量交换引起的。
“气体摆”式惯性器件的敏感机理基于密闭腔体中的能量传递，在密闭腔体中有气体和热线，热线是唯一的热源。当装置通电时，对气体加热。在热线能量交换中对流是主要形式。
图 1.3液体摆原理简图
对流传热的方程为： （1.1）
其中：h—热量传递系数（w/ ×k），s—热线表面积( )， —热线温度（K）， —气体温度（K）。热量传递系数h与流体的热传导率、动力学粘度、流体速度和热线直径有关，表示为：
其中：Nu为—努塞尔数，Rc—雷诺数，U—流体速度（ /s）,D—热线的直径（m）,n—流体的动力学粘度。当气流以速度U垂直穿过热线时：
将（1.3）式代入（1.2）式得：所以：
假设和s为常数，则有： （1.6）
从式（1.6）可以看出，当流体的动力学粘度、密度和热传导特性一定时，若热线周围流体的速度不同，则流过热线的电流也不同，从而引起热线两端的电压也产生相应的变化。气体摆式惯性器件就是根据一原理研制的。
气体摆式检测器件的核心敏感元件为热线。电流流过热线，热线产生热量，使热线保持一定的温度。热线的温度高于它周围气体的温度，动能增加，所以气体向上流动。在平衡状态时，热线处于同一水平面上，上升气流穿过它们的速度相同，这时，气流对热线的影响相同，由式（1.6）可知，流过热线的电流也相同，电桥平衡。当密闭腔体倾斜时，热线相对水平面的高度发生了变化，因为密闭腔体中气体的流动是连续的，所以热气流在向上运动的过程中，依次经过下部和上部的热线。若忽略气体上升过程中克服重力的能量损失，则穿过上部热线的气流已经与下部热线的产生热交换，使穿过两根热线时的气流速度不同，因此流过两根热线的电流也会发生相应的变化，所以电桥失去平衡，输出一个电信号。倾斜角度不同，输出的电信号也不同[ ]。
1.2.2. 国内外发展现状
1.3. 本课题研究内容
项目利用重力加速度来测量物体的倾角，减小安装误差和消除加速度传感器的各项漂移对提高测量倾角的精度尤为重要，系统可由加速度计组合或者加速度测量得到，并设计外围电路及利用嵌入式系统构成本测量系统的控制及计算单元，完成数据采集、倾角计算、显示等功能。
本文研究内容主要包括以下几个方面：
第一章：简要的介绍了倾角传感器的发展状况和不同原理的倾角传感器，并将几种传感器做了简单的比较。
第二章：介绍本课题相关的倾角传感器的工作原理，如何使用加速度计组合测量倾角值，并重点介绍了倾角传感器的物理模型及补偿系统误差的算法模型。
第三章：介绍了传感器系统的硬件电路的设计，包括传感器电路、电源电路以及采集数据用的C8051F020开发板。
第四章：介绍了本文软件的设计，其中包括数据ADC采集程序、串行口通信的程序、误差补偿程序以及上位机发送命令显示程序。
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