[发明专利]圆盘弹簧电容式倾角测试器及测试方法

权利要求书

1.圆盘弹簧电容式倾角测试器，其特征在于：包括信号采集模块、信号转换模块和控制处理模块；

信号采集模块，包括圆形底盘(1)、底盘界壁(2)、弓形滑块(3)、两个弹簧(4)和高频电缆(5)；底盘界壁(2)数量为多个分离而紧密排列且周向均匀分布于圆形底盘(1)的边缘，弓形滑块(3)的圆弧一侧靠近底盘界壁(2)，底盘界壁(2)和弓形滑块(3)均为金属材质，每个底盘界壁(2)上电连接有一个模拟开关；弓形滑块(3)的圆弧两端分别连接弹簧(4)一端，两个弹簧(4)的另一端固定于圆形底盘(1)圆心位置处，弓形滑块(3)的圆弧两端电连接于高频电缆(5)一端；

信号转换模块包括依次连接的正弦波振荡器、比较器和计数器；正弦波振荡器电连接于高频电缆(5)另一端和模拟开关；计数器一端电连接于比较器另一端电连接于控制处理模块；正弦波振荡器产生正弦波信号后通过比较器将正弦波转换为方波信号，计数器用于记录方波信号脉冲数；

控制处理模块电连接于模拟开关用于选择一部分相邻底盘界壁(2)与振荡器电连通、用于根据计数器记录的指定时隙内输入的脉冲数除以时隙宽度获得振荡器的振荡频率和用于根据检测到的滑块(3)圆弧面中心正对的底盘界壁(2)的序号集计算倾斜面的法线向量。

2.根据权利要求1所述的圆盘弹簧电容式倾角测试器，其特征在于：控制处理模块包括微处理器、显示器(6)、语音播放器(7)和键盘(8)，微处理器电连接于计数器进行斜面法线向量的计算，显示器(6)、语音播放器(7)和键盘(8)均电连接于微处理器用于人机交互；微处理器还电连接于模拟开关以选择一部分相邻底盘界壁(2)与振荡器电连通。

3.根据权利要求1所述的圆盘弹簧电容式倾角测试器，其特征在于：测试器还包括机箱(9)、隔盘(10)、面盘(11)、电子模块盒(12)和电池盒(13)；机箱(9)为内部中空的方形结构，隔盘(10)水平安装于机箱(9)内用于将机箱(9)内部分为上腔和下腔，底板置于机箱(9)内下腔中，机箱(9)底面与底板平行，电子模块盒(12)设于机箱(9)内上腔中用于放置信号调理模块和控制模块，电池盒(13)也设于机箱(9)内上腔中用于给系统供电，面盘(11)水平设于机箱(9)内上腔上表面用于固定和开放显示器(6)、语音播放器(7)和键盘(8)。

4.圆盘弹簧电容式倾角测试方法，其特征在于，采用上述的权利要求1至3任一项所述的圆盘弹簧电容式倾角测试器，测试方法为：

步骤1：给当前底盘界壁的序号k赋值为0；

步骤2：输出控制模拟开关的编码指令，将序号范围在max(0,k-(M-1)/2)～min(N-1,k+(M-1)/2)的底盘界壁与振荡器连接的通道电连通，为逐一扫描式连通；其中，N代表底盘界壁数量，M表示滑块和底盘界壁构成的电容器中底盘界壁的数量；

步骤3：将计数器记录的指定时隙内输入的脉冲数除以时隙宽度得到振荡器的振荡频率f_k；

步骤4：判断当前底盘界壁序号k是否等于底盘上底盘界壁最大序号N-1，若是，则执行步骤5，否则，当前底盘界壁序号k加1后返回步骤2；

步骤5：计算滑块圆弧面中心正对的底盘界壁的序号n，序号n为振荡频率f_k达到除0之外的最小值时底盘界壁序号k的值，进行如下赋值：n←arg_kmin({f_k|k＝0…N-1}\{f_k|f_k＝0,k＝0…N-1})，其中运算符号X\Y表示集合X与Y之差，即使得结果属于X而不属于Y；

步骤6：以底盘所在平面为xoy平面，底盘圆心O与序号为0的底盘界壁中心的连线所在直线为x轴，穿过底盘圆心O且正交于x轴所在的直线为y轴，计算滑块重力G在底盘上的分力G_xoy方向自x轴方向的逆时针转角φ_n，进行如下赋值：φ_n←2πn/N；

步骤7：计算xoy平面中与G_xoy正交的向量g_xoy＝[g_x,g_y]，进行如下赋值：g_x←-sinφ_n，g_y←cosφ_n；

步骤8：计算倾斜面即底盘所在平面与水平面的夹角进行如下赋值：

其中，k代表弹簧的弹性系数；ψ代表两根弹簧间的夹角；G代表滑块重力G的模值；R代表底盘半径；r₀代表底盘处于水平时弹簧的长度；ε_r代表电容器极板间所含介质的相对介电常数，此处用空气的相对介电常数代入；ξ代表静电力常数；s代表每个底盘界壁向心面的表面积；L为振荡器配置的电感值；f_n为当前滑块位置下正弦波振荡器的振荡频率；

步骤9：基于步骤7所得的g_xoy＝[g_x,g_y]和步骤8所得的计算以水平面为xoy平面的xyz坐标系中倾斜面的法线向量n，进行如下赋值：