最近搞到一个Kern Swiss Nivel 20双轴倾角计，这是一个测绘用的传感器，内置一个液体水平面，通过光束反射和一个四象限光电探测器来读出液面倾角。这个型号的换代产品是Leica Nivel 210/220，探测原理一样，只是用CCD来进行光点位置读出。技术指标基本一致，但是测量范围扩大了两倍。价格应该在$3000以上。

为了确定引脚定义，拆开查看。结果发现引脚定义与github上可以找到资料的后继型号200系列完全一致，白白破坏了防水密封。。。

两张PCB堆叠，由一个接口板互联。

接口板，同时有RS232和RS485的转换芯片， 两个pinout完全相同的LEMO接口(mating: FGG.0B.305)附在一块小板上。

数字板，古代MCU和12 bits ADC中可以看出时代的印记

模拟板，左上角的插针是用于与光电组件相连的， PD的信号放大应该用的是这个古代LS404CD，旁边有一个LM35用于温度补偿。

光学组件就不敢拆了，从网络上找到一张内部图，供参考

这个传感器基本上代表了state-of-the-art的分辨率与稳定性指标，可以分辨到1 um/m = 1 urad = 0.2 arcsec, 零点稳定性指标值< 5 urad/˚C，并且没有长期稳定性问题，好于大多数servo inclinometer或者MEMS inclinometer。 不足之处在于测量带宽以及量程（动态范围），其量程只有1.5 mrad，在现在居住的公寓楼里地板上几乎处处超量程，测试稳定性的时候需要费不少功夫垫平。作为参考，近期在垃圾场废铝区捡到的Sensorex 41210 servo inclinometer量程宽达至少5.75 degree，0.01%FS/˚C= 10 urad/˚C的指标也很优秀，但是2000ppm的零点年稳定性对应了200 urad，长期漂移可能会是个问题。其中原因也好理解，为了实现宽量程，Sensorex传感器内部的sensing mass需要有电磁作动器来维持在光学读出传感器的光束范围内，而这部分电子学较难实现高零点稳定性 （相似原理的电子天平上不放测物的时候相当于随时都在校零，但对于倾角计这就不可能了）。

读出软件可以奇迹一般的在网上找到，虽然如果发邮件去问这个瑞士公司可能也会愿意提供。Windows的兼容性真伟大，23年前的binary只需要设置一下兼容性配置就能在Windows 11上完美运行，考虑到现在消费电子产品的换代速度这简直是个奇迹。

接下来进行一些测评。首先是稳定性与噪声。 SX41200的模拟输出经过了40 Hz cutoff的简单RC滤波。

这是放在公寓地板上记录大半天的结果，可见有一轴在缓慢但稳定的漂移，而另一轴相对更noisy一点。与另一个传感器对照，可见这个漂移是真实的，可能与建筑材料的热膨胀有关系，更长时间的记录显示出这个漂移以一天为周期。另一轴间的噪声其实是因为我在房间中活动，造成了楼板的微小形变。

下图中的event就是我从记录中的探测器旁走过时留下的信号。

因为楼板的不稳定性，长时间稳定性是没法测的，对于较短时间尺度上的稳定性，可以用Allan variance来表征

看上去与捡来的SX41210差别不大，在10 s到100 s积分时间左右能接近0.1 urad RMS噪声，SX41210可能还稍好一点。

用Welch method算一下噪声谱密度，其中有一些峰可能来源于居民活动或者风。SX41210在3 Hz的噪声峰猜测是内部振子的本征频率。*这里因为（在不使用陀螺仪的情况下）测量倾角其实等价于测量垂直重力平面上的加速度，所以单位就写成ug了。

我并没有想到什么很好的表征带宽的方式，就用个土办法来测阶跃响应，找来两片报废的7 inch fuse silica板（猜猜做什么用的），一侧对齐，另一侧夹个piezo speaker，然后通过piezo amplifier给一个100V的冲击，可见夹有piezo的那一侧有一个6 um左右的阶跃，对应着几十urad的角度变化。

VID20230226235315.mp4 点击下载 ‎

然后从采集的数据来看，小信号rise time在0.5 s量级。因为流体的粘性，表面张力等等原因，这个sensor的响应应该是非线性的，rise time数值很可能随阶跃的大小变化，仅供参考。

SX41210的响应快很多，甚至加10 Hz的调制都还有显著的响应，可能一定程度上受RC filter和piezo限制，就不放结果了。