[發(fā)明專利]一種采用激光位移傳感器設計的傾角傳感器

無效

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• 申請日: 2012-06-30
• 公開（公告）號: CN102735214A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設計）人: 蔡曙日;劉智;劉京;袁沫海;林潘
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所;杭州交通投資建設管理有限公司
• 主分類號: G01C9/00
• 分類號: G01C9/00;G01C9/02
• 代理公司: 北京中海智圣知識產(chǎn)權代理有限公司 11282
• 代理人: 徐金偉

技術領域

本發(fā)明涉及一種采用激光位移傳感器設計的傾角傳感器，屬于傳感器技術領域。?

背景技術

現(xiàn)有的技術中，傾角傳感器在工程領域中具有廣泛的用途，典型的應用如橋梁、大廈、大壩等都要經(jīng)常監(jiān)測它們相對于鉛垂線的傾斜角度，以監(jiān)測建筑物的安全程度。目前，傾角傳感器從工作原理上可分為氣體擺式、液體擺式、固體擺式三種。氣體擺式傾斜角傳感器是針對現(xiàn)有擺式傾斜角傳感器的缺點提出來的。氣體擺式傾斜角傳感器的敏感質(zhì)量是氣體。氣體是密封腔體內(nèi)的唯一運動體，它的質(zhì)量較小，在大沖擊或高過載時產(chǎn)生的慣性力也很小，所以具有較強的抗振動或沖擊能力。液體擺式傾角傳感器系統(tǒng)穩(wěn)定，在高精度系統(tǒng)中，應用較為廣泛，但是液體擺式傾角傳感器存在動態(tài)范圍窄，動態(tài)響應頻率低等缺點，對測量環(huán)境要求也較高。固體擺傾角傳感器有明確的擺長和擺心，而在實用中產(chǎn)品類型較多為電磁擺式，其產(chǎn)品測量范圍、精度及抗過載能力較高，在工程中應用也較為廣泛，但易受電磁干擾，且在連續(xù)性、實時性和測量靈敏度等方面也越來越難以滿足現(xiàn)今的監(jiān)測要求。現(xiàn)有的光纖光柵傾角傳感器由于測量精度低、壽命短、體積大等缺點難以應用于橋梁結構的變形監(jiān)測。?

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述問題，本發(fā)明提供了一種采用激光位移傳感器設計的傾角傳感器。?

本發(fā)明包括支架、擺桿、擺錘、激光位移傳感器、電路部分、反射平面，所述激光位移傳感器和電路部分設置在擺桿的中部，所述反射平面固定在擺桿的中部，所述擺桿、擺錘固定在支架上，所述支架也能夠是三維框架，其上還能夠帶有橫梁或橫臂，所述激光位移傳感器為650nm波長的具有正反射功能的傳感器。當傾斜時擺錘帶動擺桿轉動一個角度時，激光發(fā)射器發(fā)射的激光遇到擺桿中部的反射平面上時發(fā)生發(fā)射，激光位移傳?感器接收到反射的位移信號，通過這兩次位移信號的差除以設定的桿長，經(jīng)反正切變換就得到傾斜角。?

本發(fā)明的電路部分包括：與激光位移傳感器連接的放大器單元、顯示模塊和通信單元，通信單元能夠與外部的無線傳輸設備相連并且發(fā)送信號，能夠很方便的長期監(jiān)控。?

本發(fā)明所述的激光位移傳感器采用650nm波長的型號為ZX-LD30VL的激光傳感器，以三角測距法進行檢測，所述的激光位移傳感器的受光元件使用光電探測器件PSD(Position?Sensitive?Device)；光源發(fā)出的光通過透鏡進行聚光，并照射到物體上。物體發(fā)出的反射光通過受光透鏡集中到一維的位置檢測元件即光電探測器件上。如果物體的位置距離發(fā)生變化，則光電探測器件上的成像位置也不同，光電探測器件的兩個輸出平衡會再次發(fā)生變化。利用這一特性將該相對距離的相對變化檢測出來，從而實現(xiàn)對于傾角的測量。光電探測器件PSD具有高靈敏度、高分辨率、響應速度快和配置電路簡單等優(yōu)點，其工作原理是基于橫向光電效應。是一種光能與位置的轉換器件，由于位置量為模擬量輸出，系統(tǒng)響應快，分辨率高，成本低，可以顯著提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而實現(xiàn)高速、高精度、抗干擾能力強的位置檢測。?

本發(fā)明利用檢測垂擺的擺動距離，來測量對象物的傾斜角度，結構簡單、操作方便、不受電磁場影響、可以實時的測量和調(diào)整精度，穩(wěn)定性好，不受溫度變化的影響，操作方便，測量精度高，分辨率能夠達到0.5弧秒，大大提高了工程檢測系統(tǒng)的實用性和精度，降低了系統(tǒng)的復雜性和設計成本。采用圓柱軸承和T型結構，可以使測量準確度更高；具有較強的實用價值和現(xiàn)實意義。?

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述一種采用激光位移傳感器設計的傾角傳感器的具體結構示意圖。?

其中，圖a為主視圖，圖b為側視圖。?

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明加以說明。如圖1所示，本發(fā)明的包括支架1、擺桿3、擺錘2、激光位移傳感器5、電路部分4、反射平面6，激光位移傳感器5和電路部分4設置在擺桿3的中部，反射平面6固定在擺桿3的中部，擺桿3、擺錘2固定在支架1上，支架1也能夠是三維框架，其上還能夠帶有橫梁或橫臂，激光位移傳感器5為650nm波長的具有正反射功能的傳感器。當傾斜時擺錘2帶動擺桿3轉動一個角度時，激光發(fā)射器發(fā)射的激光遇到擺桿3中部的反射平面6上時發(fā)生發(fā)射，激光位移傳感器5接收到反射的位移信號，通過這兩次位移信號的差除以設定的桿長，經(jīng)反正切變換就得到傾斜角。?

本發(fā)明的電路部分4包括：與激光位移傳感器5連接的放大器單元、顯示模塊和通信單元，通信單元可以與外部的無線傳輸設備相連并且發(fā)送信號，可以很方便的長期監(jiān)控。?

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)，能夠輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。?