[发明专利]平面倾斜检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对平面的倾斜角度和倾斜方向进行检测的装置及方法。

背景技术

煤气柜是工业和民用煤气的储存装置，其中的干式煤气柜由于储存量大、机构简洁而被广泛使用。干式煤气柜的特点是以柜内的活塞升、降来调整储存空间，活塞的升降运动由煤气的吞吐量所决定，当煤气柜内的煤气量增加时煤气内压升高，活塞因受到托力的增大而上升；当煤气柜内的煤气量减少时煤气的内压就降低，活塞因受到托力的下降而降低。同时由于活塞的重量恒定，煤气柜无论其容量增减，内部的煤气压力始终保持稳定。

但在实际应用中活塞的运动经常受到其边缘导轨、导轮等各种因素的影响而发生局部升降受阻，造成的结果是活塞发生倾斜。一旦发生活塞倾斜现象，活塞将不再运动，其中的煤气压力必将发生变化，对用户的用气造成有害影响。由于煤气是一种无色、无味的有毒气体，如不及时对活塞的倾斜进行处理，将可能对煤气柜本体、环境以及人身造成极大的破坏和伤害。

因此，在实际的生产作业中需要一种装置及方法来实时连续地检测煤气柜活塞等平面的倾斜状况，由于煤气柜活塞出现倾斜之后的危害很大，因此需要检测装置和方法足够灵敏、可靠和稳定；同时，为了便于工作人员采取调整措施，不仅需要检测出平面的倾斜角度，还需要检测出倾斜方向。

发明内容

为此，本发明提供了一种平面倾斜检测装置，包括固定安装于被测平面上的第一和第二变面积差动式电容传感器，所述变面积差动式电容传感器包括壳体、固定设置于所述壳体内且垂直于被测平面的定片、穿过所述定片的上端部并与所述定片垂直且能够相对于所述壳体转动的驱动轴、固定设置于所述驱动轴上且邻近于并平行于所述定片的动片、以及与所述驱动轴固定连接的重力锤，其中，所述动片为极板，所述定片的表面设置有第一极板和第二极板，所述第一极板和第二极板分别与所述动片的极板的不同部分构成第一电容和第二电容；所述第一变面积差动式电容传感器的驱动轴与第二变面积差动式电容器的驱动轴垂直。

优选地，所述变面积差动式电容传感器包括多个间隔设置的所述动片和定片，每对所述动片和定片形成的第一电容相互并联形成第一电容组，每对所述动片和定片形成的第二电容相互并联形成第二电容组；所述驱动轴由滚珠轴承支撑，所述重力锤由推力轴承固定。

优选地，所述动片为以所述驱动轴的轴线为圆心的扇形极板。

进一步地，所述平面倾斜检测装置还包括分别将所述第一和第二变面积差动式电容传感器的电容量转换为第一和第二直流电信号输出的第一和第二测量电路，所述测量电路包括根据所述第一和第二电容组调制方波占空比的差动脉宽调制电路、对所述方波进行滤波以得到直流电信号的滤波电路、以及对直流电信号进行放大以得到预定大小的直流电信号的电流放大电路。

进一步地，所述平面倾斜检测装置还包括用于计算被测平面倾斜角度和倾斜方向的计算单元。

进一步地，该装置还包括用于显示所述倾斜角度和倾斜方向的显示装置、以及当所述倾斜角度达到或超过预定角度时输出报警信息的报警装置。

本发明还提供了一种平面倾斜检测方法，包括在被测平面上预设两条相互垂直的坐标轴X轴和Y轴，并在该被测平面上固定安装第一和第二变面积差动式电容传感器以使得所述第一变面积差动式电容传感器的动片能够沿所述X轴方向摆动且所述第二变面积差动式电容传感器的动片能够沿所述Y轴方向摆动，通过第一和第二测量电路分别将所述第一和第二变面积差动式电容传感器的电容量转换为第一和第二直流电信号，该方法还包括根据如下公式计算被测平面的倾斜角度β：其中，I_x为所述第一直流电信号的电流大小，I_y为所述第二直流电信号的电流大小，I₀为当被测平面水平时所述直流电信号的电流大小，l为根据如下公式计算的被测平面的半径系数：其中，β_max为预定的被测平面的最大倾斜角度，z_max为当被测平面的倾斜角度为β_max时该平面的倾斜模数，z_max根据如下公式计算：其中，I'_x和I'_y分别为当被测平面的倾斜角度为β_max时所述第一和第二直流电信号的电流大小。

进一步地，还包括根据如下方法计算被测平面的倾斜方向：当I_x=I₀且I_y=I₀时，被测平面无倾斜；否则，根据如下公式计算被测平面的倾斜方向与X轴正方向的夹角α：