[发明专利]一种光电式单轴倾角传感器

说明书

技术领域

  本发明涉及一种倾角传感器。更具体地，本发明涉及一种采用光电检测来测量倾角的新型传感器。 

背景技术

  倾角传感器是测量关于水平面的倾斜角的装置，在机械工程、土木建筑、地质、军工、航天等工程领域有着广泛的用途。

  现在广泛使用的倾角传感器是运用惯性原理的一种加速度传感器，其理论基础就是牛顿第二定律。虽然能有效的测出被测物的倾斜角度，但由于积分效应造成的累积误差问题，以及由于加速度造成的附加动态信号问题，都限制了倾角传感器的推广使用。

  光电式单轴倾角传感器是一种将光电检测与弹性敏感元件相结合的新型传感器。当今光电检测方法具有灵敏度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多。弹性体是由弹性材料制成的敏感元件，它可以将力、压力、力矩、振动等被测量转换成应变量或位移量，现今弹性体在倾角测量方面应用广泛，具有结构简单、测量范围广、寿命长、频响特性好等优点。但至今很少有将光电检测与弹性体相结合来测量倾角的传感器。

发明内容

  本发明的目的在于设计一种将光电检测与弹性体相结合的新型光电式单轴倾角传感器。

  该光电式单轴倾角传感器包括弹性体（1个），外壳（1个），底座（1个）和由夹布胶木做成的光电二极管支架（1个），包括由一个发射二极管和接收二极管组成的光电二极管对（2对），十字槽盘头螺钉(4个)。

  所述弹性体1由1Cr18Ni9Ti制造，保证弹性体热处理后屈服强度高于200Mpa。并具备一定的力学性能，抗弹减性能，疲劳性能以及物理化学性能（耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等），从而保证所述发明传感器能够适应各种测量环境的场合。用ANSYS软件对所设计的弹性体进行仿真分析，提供一种可行性设计。

所述弹性体1下端弹性支架内部安装电路板，使电路板与所述弹性体1成为一个整体，从而有效的避免外界的影响。

  所述外壳2由2AL2铝制造，其特征在于，完全密封保证传感器内部的光电二极管对的光电效应不受外部环境影响。

  所述光电二极管支夹由夹布胶木材料制造，绝缘电阻很大，可防止与光电二极管对的连线发生短路现象。

  所述光电二极管对6、7安装于所述光电二极管支架2孔中，保证装配后同一对光电二极管对的发射管与接收管的中心线位于同一轴线上，所述弹性体1顶端的重块分别挡住不同对光电二极管对的右半部分和左半部分。

所述弹性体1、外壳2与底座3用个十字槽盘头螺钉固定连接。弹性体下端的弹性支架顶端两导线孔与光电二极管支架导线孔对齐，侧面导线孔与外壳导线孔对齐。

附图说明

  图1为本发明光电式单轴倾角传感器的总体结构图。

  图2为本发明的弹性体结构图。

  图3为用ANSYS分析弹性体偏转90°后倾角图，。

  图4为用ANSYS分析弹性体受力后应力应变云图（正视）。

  图5为用ANSYS分析弹性体受力后应力应变云图（三维）。

具体实施方式

  为更清楚的理解本发明，现结合附图对本发明作进一步说明。

所述图4、5为ANSYS分析弹性体受力后应力应变云图，其结构中最大应力为                                                ，在许可应力范围内，说明该弹性体满足强度要求。

  光电检测测量倾角原理如下。

  所述图1示出所述光电二极管对6、7的安装位置，当重块偏转时，所述图1中左端接收二极管7接收到的光强变强，右端接收二极管7接收到的光强变弱，光电二极管对6、7所连接差动电路，这样所输入的是两接收管接收到的光强的差值，这样有效提高本传感器的抗干扰能力，提高了测量精度。

本光电式单轴倾角传感器测量倾角的具体实现过程如下。

测量倾角时，传感器偏转造成重块偏转,遮挡的光通量发生改变，左端接收二极管接收的光强变强，右端接收二极管接收的光强变弱，由于光电二极管的光电效应，二极管的电阻发生改变；又由于不同倾角所造成重块端输出角度不同，遮挡的光通量也不同，因此的到不同的测量角度。