[发明专利]一种角度测量装置及其使用方法

权利要求书

1.一种角度测量装置，其特征在于：所述角度测量装置包括壳体、电阻丝、导电测珠和测量电极；

所述壳体为中空圆环结构；

所述导电测珠放置在所述壳体的空腔中，并能够在空腔中沿壳体的圆周方向自由滚动；

所述电阻丝设置在所述空腔中，并固定在所述壳体的内壁上；

所述测量电极的一端与电阻丝连接，另一端伸出到所述壳体的外部。

2.根据权利要求1所述的角度测量装置，其特征在于：所述电阻丝包括内环电阻丝和外环电阻丝；

所述内环电阻丝和外环电阻丝均为不闭合的圆环形，一端为起始端，另一端为末尾端；

所述内环电阻丝和外环电阻丝同轴平行设置，所述内环电阻丝的轴线、外环电阻丝的轴线与所述壳体的中心轴线位于同一条直线上。

3.根据权利要求2所述的角度测量装置，其特征在于：所述壳体的横截面的形状为圆环形；

所述导电测珠为圆球形；

所述导电测珠与内环电阻丝和外环电阻丝同时接触。

4.根据权利要求3所述的角度测量装置，其特征在于：所述外环电阻丝的起始端与末尾端之间的间隙、所述内环电阻丝的起始端与末尾端之间的间隙均为0.5-1毫米。

5.根据权利要求4所述的角度测量装置，其特征在于：所述内环电阻丝和外环电阻丝的起始端、末尾端设置为：导电测珠能够与内环电阻丝的起始端、外环电阻丝的起始端同时接触，此时导电测珠与内环电阻丝的末尾端和外环电阻丝的末尾端均不接触。

6.根据权利要求5所述的角度测量装置，其特征在于：所述测量电极包括外环测量电极和内环测量电极；

所述外环测量电极的一端与外环电阻丝的起始端连接，所述内环测量电极的一端与内环电阻丝的起始端连接；

所述外环测量电极的另一端、内环测量电极的另一端分别伸出到所述壳体的外部。

7.根据权利要求6所述的角度测量装置，其特征在于：所述装置进一步包括设置在壳体外部的恒流源电路和A/D转换电路；

所述恒流源电路与外环测量电极和内环测量电极连接，用于给测量电极提供恒定的电流；

所述A/D转换电路与外环测量电极和内环测量电极连接，用于测量外环测量电极和内环测量电极之间的电压。

8.根据权利要求7所述的角度测量装置，其特征在于：所述电阻丝采用精密电阻丝；

所述壳体采用非导电材料制成；

所述导电测珠采用导电材料制成；

所述角度测量装置采用MEMS加工工艺制造而成。

9.一种权利要求1-8任一所述的角度测量装置的使用方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)将所述角度测量装置与被测物体固定连接，并使所述壳体的中心轴线与水平线平行，导电测珠停留在与内环电阻丝的起始端、外环电阻丝的起始端同时接触的位置，此时被测物体的基准线与铅垂线之间的夹角为0度；

(2)给测量电极输入恒定大小的电流I，同时测量外环测量电极和内环测量电极之间的电压U；

(3)利用步骤(2)测量得到的外环测量电极和内环测量电极之间的电压U获得被测物体的基准线与铅垂线之间的夹角n。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述方法包括：所述步骤(3)的操作包括：

利用下面的公式根据步骤(2)测量到的外环测量电极和内环测量电极之间的电压U计算得到被测物体的基准线与铅垂线之间的夹角n：

其中，S为电阻丝的横截面积；

R₃为导电测珠的电阻；

ρ为电阻丝的电阻；

r₁为内环电阻丝的半径；

r₂为外环电阻丝的半径。