[发明专利]二轴倾斜传感器

说明书

本发明涉及二轴倾斜传感器，它由液体和密封在容器中的气泡组成，用于借助利用电气信号检测气泡位置来感知水平度，传感器通常用在机器和工具，角度量仪，勘测装置，测量工具，飞机，轮船，火车，汽车和其它东西，及需要高精度水平度的地方的自动找水平装置中。

这种类型的通常的二轴倾斜传感器包括(1)这样一些传感器，其中在作为由电极安装板和弹头形容器构成的圆形液体腔的密封凹形部分中，相应地垂直安装着一个公共电极和几个外电极，弹头形容器的上部内表面在电极安装板的中心形成一球形凹下部分，外电极位于在半径线上围绕公共电极一个预先决定的间隔的位置，与公共电极高度相同，并在不渗漏液体的状态下穿过电极安装板。电解液和气体密封在作为圆形液体腔的密封凹下部分内。这些传感器通过电气信号检测由于电解液表面倾斜造成的电极埋入液体中的高度差而测出在两个方向的倾斜，(2)这样一些传感器，其中球形容器的内部充满具有不同比重的物质，这些物质互相的混合，并且利用了这样一个事实，即由于重力的作用，比重较小的物质收集在垂直方向的上部。利用放置在容器外面的检测装置来检测与支承和容器倾斜角度相适应的物质的位置关系。同时，作为不同的物质，可使用磁性流体或永久磁铁和非磁性物质，或者具有高导电性的流体和电气绝缘物质。根据情况的不同，位置关系输入到计算回路中，经转换，作为容器倾斜方向和角度输出。检测信号或通过在固定方向施加磁偏压的磁性检测装置得到，或通过相应于静态电容值的输出信号而获得(例如，日本专利公开第142315/1991号)。

上述的二轴倾斜传感器(1)的目的是进行倾斜角度为零的水平姿势控制，但有一个问题，即这些传感器不可能做得高度精确。不精确的原因为，由于传感器周围温度的变化造成电解液的膨胀和收缩引起的液体表面垂直位置的变化，和由温度变化及由液体表面张力造成的接触表面的不稳定性所引起的电解液特性的变化，这些就会造成精度误差和再现性误差；液体表面的差别只能使输出产生微小变化。

上述二轴倾斜传感器(2)的目的是测量总的支承角度，但使用这些传感器也存在一些问题，即当使用磁性流体时，流体的表面张力大，并且由于与磁性流体和容器内壁之间的摩擦系数有关的原因，不可能获得高的分辨率，而使用磁力线或静态电容方法，则对外部检测装置的依赖性高，而这是产生误差的原因。

本发明的目的是要消除误差的原因和提供一种具有高分辨率和再现性及检测稳定性的二轴倾斜传感器，利用这种传感器可以通过姿势控制得到倾斜角度为零的高水平度。

根据本发明的二轴倾斜传感器，它包括一由绝缘材料制成的传感器夹持器，该夹持器具有一水平的平底面和一在其中心部分的，作为液体腔的凹下部分；一公共电极，它能防液体渗漏地垂直通过作为液体腔的凹下部分的内面底部中心；外电极，它伸出得比所述公共电极高，且全部都具有同样的表面积的，这些外电极安置在通过所述内面底部中心的二条水平正交轴线和绕所述内面底部中心的一预定半径圆的各交点上，该外电极能防液体渗漏地垂直通过作为液体腔的凹下部分的内面底部；一由绝缘材料制成的窗户板，它防渗漏地封闭住传感器夹持器的开口，至少窗户板的中心部分表面做成具有高表面粗糙度的球形凹下部分，窗户板的球形凹下部分朝向内部，其中心与公共电极的中心轴线对中；气泡和电解液，该电解液具有低表面张力，且其混合比应使得在水平状态下电极间阻抗为一预定值，所述电解液密封在作为液体腔的凹下部分中，其量应使公共电极经常浸没在其中。

使用根据本发明的，如上所述结构的二轴倾斜传感器，因为公共电极是在倾斜角度为零的状态下(完全水平的状态)垂直放在球形表面中心下面的，并且公共电极经常浸没在表面张力小，并且是以使电极间的阻抗为一预定值的比例混合的电解液中。当由于倾斜使气泡沿着球形表面移动时，这个移动使得电极间的阻抗改变。这种改变可以直接转换成电气信号，并作为模拟信号输出，通过利用模拟信号的控制装置，控制模拟信号为零，就可以在倾斜角度为零的情况下得到高精确度的水平数值。

以下，结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

图1为根据本发明的第1个优选实施例的二轴倾斜传感器的放大的截面图；

图2为在图1中的A-A线上所取的截面图；

图3为同一二轴倾斜传感器的底面图；

图4为同一二轴倾斜传感器的分解截面图；

图5为根据本发明的第二个优选实施例的二轴倾斜传感器的放大的截面图；

图6为表示传感器放大器的视图。

第1个优选实施例