[实用新型]一种固体摆电容式倾角传感器

说明书

技术领域

 本实用新型涉及机械、仪表、制造和实验研究等，特别是一种摆式电容倾角测量领域。

背景技术

常用的水平仪种类有框式水平仪、钳工水平仪及合象水平仪，它们都是以水准器作为测量和读数元件。水准器是一种密封的玻璃管，管内装有粘滞系数较小的液体，并留有小气泡，根据气泡的位置来判断水平仪是否水平。优点是结构简单，缺点是，受温度影响、读数不准确，且不能确定倾斜的具体角度。

发明内容

为解决常用水平检测仪的不足，设计一种固体摆倾角传感器。该实用新型包括支架（1）、摆杆（2）、电容传感器（3）、测量电路（4）；摆杆（2）通过铰链悬挂在支架（1）上端，且能左右自由摆动；电容传感器（3）包括移动电极（3-1）、固定电极I（3-2）和固定电极II（3-3）；摆杆（2）的下端固定移动电极（3-1），同时移动电极（3-1）用作摆锤。移动电极（3-1）、固定电极I（3-2）和固定电极II（3-3）由圆弧形金属板制成；固定电极I（3-2）和固定电极II（3-3）放置在同一平面上，且在同一圆周上，彼此相互隔离；移动电极（3-1）的一半与固定电极I（3-2）相对形成一个电容，移动电极（3-1）的另一半与固定电极II（3-3）相对形成另一个电容；移动电极（3-1）与固定电极I（3-2）、固定电极II（3-3）形成一对差动电容。摆杆（2）为绝缘材料制成的细杆。测量电路（4）由比较器A1、比较器A2、双稳态触发器、电阻R1和R2、二极管VD1和VD2组成。

该实用新型的有益效果是将常规水平仪电子化与数字化，便于自动调节与控制。

附图说明

图1为实用新型机械结构示意图，图2为测量电路原理图；

图1～2中，1为支架、2为摆杆、3为电容传感器、4为量电路，3-1移动电极、3-2为固定电极I、3-3为固定电极II。

具体实施方式

实用新型包括支架（1）、摆杆（2）、电容传感器（3）、测量电路（4）；摆杆（2）通过铰链悬挂在支架（1）上端，且能左右自由摆动；电容传感器（3）包括移动电极（3-1）、固定电极I（3-2）和固定电极II（3-3）；摆杆（2）的下端固定移动电极（3-1），同时移动电极（3-1）用作摆锤。移动电极（3-1）、固定电极I（3-2）和固定电极II（3-3）由圆弧形金属板制成；固定电极I（3-2）和固定电极II（3-3）放置在同一平面上，且在同一圆周上，彼此相互隔离；移动电极（3-1）的一半与固定电极I（3-2）相对形成一个电容C1，移动电极（3-1）的另一半与固定电极II（3-3）相对形成另一个电容C2；移动电极（3-1）与固定电极I（3-2）、固定电极II（3-3）形成一对差动电容。摆杆（2）为绝缘材料制成的细杆。测量电路（4）由比较器A1、比较器A2、双稳态触发器、电阻R1和R2、二极管VD1和VD2组成。

当支架（1）的底座水平时，移动电极（3-1）与固定电极I（3-2）、固定电极II（3-3）的两个差动电容大小相等，即C1=C2；当底座向左倾斜时，电容C1增大，C2减小；反之，电容C1减小，C2增大，经过测量电路（4）获得与倾角相应的直流电压输出。

本实施例中，由图2可知，比较器A1和比较器A2的输出端分别连接到双稳态触发器的触发两个输入端，双稳态触发器的两个输出端R1和R2，R1和R2分别再连接到C1和C2，由F点和G点分别再连接到比较器A1和比较器A2的输入端，比较器A1和A2的另一输入端连接在一起接参考电压U_R；二极管VD1与R1并联，二极管VD2与R2并联。参考电压U_R略低于电源电压。

设电源接通时，双稳态触发器的输出端A为高电位，输出端B为低电位，因此，A点通过电阻R1对C1充电，直到F点的电位等于参考电压U_R时，使比较器A1产生一脉冲，双稳态触发器翻转，则A点的呈低电位，B点呈高电位。此时F点的电位U_R经二极管VD1迅速放电至零，同时B点高电位经电阻R2向电容C2充电，当G点的电位充至U_R 时，比较器A2产生一脉冲，使双稳态触发器再次翻转，则A点呈高电位，B点呈低电位。如此重复上述过程，则在双稳态触发器的两个输出端A、B两点分别产生宽度受C1、C2调制的方波脉冲。当C1=C2时，A和B两点的波形宽度相等，U_AB为电源电压的一半；当C1>C2时，C1充电时间长大于C2充电时间，A点的脉冲宽度大于B点的脉冲宽度，U_AB增大；反之，当C1<C2时，U_AB减小。即U_AB为与电容C1和C2相关的电压输出，即与传感器倾角相关的电压。