[發(fā)明專利]傾斜傳感器及其工作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110161331.X
• 申請日: 2011-06-15
• 公開（公告）號: CN102261906A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 巢海步;唐劍宇
• 申請（專利權）人: 常州市新瑞得儀器有限公司
• 主分類號: G01C9/20
• 分類號: G01C9/20;G01C9/06
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產(chǎn)權代理有限公司 32214
• 代理人: 湯志和

技術領域

本發(fā)明涉及一種傾斜傳感器，尤其是一種基于圖像傳感器的傾斜傳感器及其工作方法。

背景技術

現(xiàn)有技術中，檢測測量儀的傾角采用氣泡管，這種氣泡管內(nèi)部封入氣泡，并形成電極，再通過測量靜電電容來測定傾角。這種氣泡管的外周由玻璃構成，因而要求較高的機械加工精度，此外為了測量兩個方向的傾角，兩軸線方向各要一個氣泡管，使用成本較高。同時氣泡管易受環(huán)境溫度變化的影響，必須對溫度變化進行修正。

另一種傾斜傳感器是使用暗場條紋讓出射光平行通過，使其透過反射鏡讓暗場條紋轉向，其透光容器使透過反射鏡轉向的條紋反射，使其條紋成像并通過感光裝置感光，再計算其傾角。其典型代表是日本TOPCON，在全站儀中使用此傾斜傳感器，專利申請?zhí)枮椋?7110370.4，公開號為：CN1167907。此方法對暗場條紋的配置要求高，其條紋中心線需等距配置，條紋寬度需沿正交方向變化地配置，且需通過兩種不同的方法來求X軸和Y軸方向的傾角，其成本高，裝置復雜，且計算較復雜。

第三種傾斜傳感器是使用一個底部為平面玻璃、內(nèi)盛乙醚乙醇混合液的圓水準器，其下方安置透鏡使LED光通過透鏡平行透過圓水準器，根據(jù)光折射原理，光射到氣泡中心大部分的光在氣泡表面被折射不能到達硅光電二極管而形成氣泡陰影，由于其氣泡陰影位置是隨著儀器傾斜而變動，故根據(jù)硅光電二極管上產(chǎn)生的相應電壓差便可以計算出雙軸傾角。其典型代表是日本SOKKIA公司的測量儀，此傾斜傳感器專利號為：JP2007218722(A)。此傾斜傳感器雖體積小，但對支架的不對稱性、材料、溫度等因素不能忽視，若工作溫度變化超過7℃，則需要重新調(diào)整零點值，而“零點值”的軟件設置是由觀測人員決定的，存在視覺偏差且其調(diào)整的精確度也不夠高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種結構簡單、可靠性和精度較高、成本較低且計算簡便的傾斜傳感器及其工作方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的傾斜傳感器，包括：透光容器1、聚光透鏡2、光源3、圖像感光裝置5和運算處理裝置6；透光容器1內(nèi)設有具有自由液面的透光液體，光源3發(fā)出的光線適于覆蓋所述透光容器1內(nèi)的所述液面，從該液面透射或反射的光線適于經(jīng)過所述聚光透鏡2后在所述圖像感光裝置5的感光面上形成一光斑，與所述圖像感光裝置5相連的運算處理裝置6適于計算所述光斑的中心點在所述感光面上的位置變化，以計算出傾斜傳感器的傾斜方向和傾斜角度。

所述光源3為發(fā)出散射光線的點光源或發(fā)射出平行光線的面光源；當所述光源3采用所述點光源時，光源3與所述液面之間設有用于將所述散射光線轉換為平行光線的第二聚光透鏡7。

上述傾斜傳感器的工作方法，其包括：將一光源3發(fā)出的光線覆蓋一透光容器1內(nèi)透光液體的自由液面，從該自由液面透射或反射的光線經(jīng)過一聚光透鏡2后在一圖像感光裝置5的感光面上形成一光斑，與圖像感光裝置5相連的運算處理裝置6檢測所述光斑的中心點在圖像感光裝置5的感光面上的位置方位得出傾斜傳感器的傾斜方向；若光源3與所述聚光透鏡2光軸的間距為e，當傾斜傳感器的傾角為θ時，所述光斑的中心點在所述感光面上的偏移量為d，則根據(jù)公式d=F·tan（α+2θ）-F·tanα可計算出所述傾角θ，其中F為聚光透鏡焦距，tanα=e/F。

本發(fā)明具有的技術效果：（1）本發(fā)明的傾斜傳感器，使光源經(jīng)過反射鏡反射，通過聚光透鏡將到達透光容器的自由液面，并使光反射而成像，再由圖像感光裝置采集，然后由運算處理裝置根據(jù)感光裝置的圖像信息，通過圖像處理相關算法計算其液體成像中心，運算其傾斜角度和傾斜方向。可作為高精度傾斜傳感器、可靠性和精度較高、成本較低且計算簡便。（2）本發(fā)明的液體采用具有合適粘性的液體，此透光容器具有自由表面，表面總是保持水平狀態(tài)，提高了本發(fā)明的測試精度。（3）本發(fā)明的感光裝置獲得的圖像信息，能通過圖像處理相關算法等獲得更優(yōu)質(zhì)的圖像信息，且計算圖像中心方法簡單，運算處理裝置的運算速度快，使其可靠性增加，結構簡便使其成本低。

附圖說明

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中

圖1為本發(fā)明實施1中的傾斜傳感器的光學結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施1中的傾斜傳感器發(fā)生傾斜時的光路示意圖；

圖3為實施例2中的傾斜傳感器的光學結構示意圖；

圖4為實施例3中的傾斜傳感器的光學結構示意圖；

圖5為實施例4中的傾斜傳感器的光學結構示意圖；

圖6為實施例5中的傾斜傳感器的光學結構示意圖；