[發(fā)明專利]一種光電式傾斜角傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210150199.7
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102661739A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫曉明;楊英波;吳明海;孫林;劉克敬
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01C9/12
• 分類號: G01C9/12
• 代理公司: 濟南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光電式傾斜角傳感器。

背景技術(shù)

眾所周知，傳感器技術(shù)一直是個熱門技術(shù)，傾角傳感器，顧名思義，就是測量傾斜角度的傳感器，只要需要知道傾斜角度的場合都可以使用傾角傳感器測量角度，適合應(yīng)用于工廠、山體、鐵路、隧道、船業(yè)、機械、建筑業(yè)、橋梁鋪設(shè)、水壩建設(shè)、汽車行業(yè)等，如：可以用來檢測山體的傾斜角度、防止山體滑坡等自然災(zāi)害的發(fā)生，船業(yè)上一般使用傾角傳感器來檢測船體本身在運行過程中的傾斜情況，防止由于傾斜度過大而導(dǎo)致翻船現(xiàn)象。隨著技術(shù)的進(jìn)步，對傾斜角傳感器的要求在不斷提高。傳統(tǒng)的傾斜角傳感器多是基于應(yīng)變、電感、電容原理或熱平衡等基本物理規(guī)律制成的，其輸出是模擬量，中間要經(jīng)過放大，A/D轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，同時還要考慮溫度、電磁干擾的影響，因此，設(shè)計開發(fā)一個精度高、穩(wěn)定性高的傾斜角傳感器是件比較困難的工作。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種線性好、精度高、穩(wěn)定性高的光電式傾斜角傳感器。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種光電式傾斜角傳感器，包括殼體，以及位于殼體內(nèi)的微處理器、放大電路、掃描電路、半球形鐵皮、整形電路、驅(qū)動電路和擺錘總成，其中，微處理器分別與掃描電路、驅(qū)動電路和整形電路電路連接，整形電路與放大電路電路連接，放大電路與掃描電路電路連接，微處理器上連接有引線，殼體上設(shè)有引線孔，引線通過引線孔穿出殼體與電源及相關(guān)電路連接；半球形鐵皮固定在殼體上，半球形鐵皮上方設(shè)有球面光敏二極管陣列，球面光敏二極管陣列與掃描電路電路連接；擺錘總成通過擺線與驅(qū)動電路連接，擺錘總成由筒形質(zhì)量塊、激光發(fā)射器和環(huán)形磁鐵組成，激光發(fā)射器位于筒形質(zhì)量塊內(nèi)，環(huán)形磁鐵固定在筒形質(zhì)量塊下部。

所述球面光敏二極管陣列是由設(shè)在半球形鐵皮上的（半球形鐵皮和球面光敏二極管陣列中間設(shè)有絕緣介質(zhì)）、在球面上沿周向、徑向均勻分布的多個光敏二極管排列而成，相當(dāng)于刻度，工作時，用激光發(fā)射器去讀這些刻度。

所述擺線為激光二極管引線。

工作原理為：在重力作用下擺錘總成總是力圖保持鉛錘方向，當(dāng)殼體隨被測物傾斜時，擺錘總成將相對殼體擺動一個角度（傾斜角ΔQ），這時激光點的位置發(fā)生改變（脫離原點）。通過掃描電路從原點“1-1”點（傾斜角為0的點）開始使所有光敏二極管依次接通，隨著掃描的進(jìn)行，每個光敏二極管的狀態(tài)信息（是否被光照）由信號線依次輸出，該信號經(jīng)放大整形后送入微處理器，微處理器根據(jù)各點光強計算出激光點移動的距離即弧長（Δl=HN），從而可根據(jù)公式（ΔQ=Δl/r）計算出傾斜角。

本發(fā)明的光電式傾斜角傳感器，為了提高擺錘的穩(wěn)定性，在擺錘總成下面設(shè)有環(huán)形磁鐵，通過該環(huán)形磁鐵與半球形鐵皮相互作用，起到阻尼作用，從而達(dá)到穩(wěn)定擺錘的作用。

如果測量小角的傾斜角（小于5度），可用面陣CCD代替球面光敏二極管陣列，其分辨率可小于0.001度。

所述微處理器、放大電路、掃描電路、整形電路和驅(qū)動電路，均為現(xiàn)有技術(shù)中成熟的技術(shù)，在此不再贅述。

本發(fā)明的光電式傾斜角傳感器，與傳統(tǒng)的傾斜角傳感相比，本傳感器具有以下優(yōu)點：傾斜角是通過各個光敏二極管的空間位置確定的（函數(shù)關(guān)系簡明），因此不存在非線性間題，不需要A/D轉(zhuǎn)換直接輸出數(shù)字信號，因此響應(yīng)速度快，測量精度高，分辨率高（光敏二極管之間的幾何尺寸精度容易保證），抗干擾能力強，可靠性高。全方位（可測任意方向的傾斜角），測量范圍大，沒有機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)從而減少了誤差來源，受溫度影響小，對光敏二極管性能要求低，結(jié)構(gòu)簡單。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的光電式傾斜角傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A-A線剖視圖；

圖3為圖1中擺錘總成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的光電式傾斜角傳感器的電路原理示意圖；

圖5為本發(fā)明的光電式傾斜角傳感器的計算示意圖。

其中，1、微處理器；2、放大電路；3、掃描電路；4、球面光敏二極管陣列；5、半球形鐵皮；6、引線；7、整形電路；8、驅(qū)動電路；9、擺線；10、擺錘總成；10a、筒形質(zhì)量塊；10b、激光發(fā)射器；10c、環(huán)形磁鐵；11、殼體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。