[實用新型]一種光電式傾斜角傳感器

有效

• 申請號: 201220216510.9
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN202562474U
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 孫曉明;楊英波;吳明海;孫林;劉克敬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01C9/12
• 分類號: G01C9/12;G01C9/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術領域

本實用新型涉及一種光電式傾斜角傳感器。

背景技術

眾所周知，傳感器技術一直是個熱門技術，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，適合應用于工廠、山體、鐵路、隧道、船業、機械、建筑業、橋梁鋪設、水壩建設、汽車行業等，如：可以用來檢測山體的傾斜角度、防止山體滑坡等自然災害的發生，船業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致翻船現象。隨著技術的進步，對傾斜角傳感器的要求在不斷提高。傳統的傾斜角傳感器多是基于應變、電感、電容原理或熱平衡等基本物理規律制成的，其輸出是模擬量，中間要經過放大，A/D轉換等環節，同時還要考慮溫度、電磁干擾的影響，因此，設計開發一個精度高、穩定性高的傾斜角傳感器是件比較困難的工作。

實用新型內容

針對上述現有技術，本實用新型提供了一種線性好、精度高、穩定性高的光電式傾斜角傳感器。

本實用新型是通過以下技術方案實現的：

一種光電式傾斜角傳感器，包括殼體，以及位于殼體內的微處理器、放大電路、掃描電路、半球形鐵皮、整形電路、驅動電路和擺錘總成，其中，微處理器分別與掃描電路、驅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，殼體上設有引線孔，引線通過引線孔穿出殼體與電源及相關電路連接；半球形鐵皮固定在殼體上，半球形鐵皮上方設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動電路連接，擺錘總成由筒形質量塊、激光發射器和環形磁鐵組成，激光發射器位于筒形質量塊內，環形磁鐵固定在筒形質量塊下部。

所述球面光敏二極管陣列是由設在半球形鐵皮上的（半球形鐵皮和球面光敏二極管陣列中間設有絕緣介質）、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，相當于刻度，工作時，用激光發射器去讀這些刻度。

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，隨著掃描的進行，每個光敏二極管的狀態信息（是否被光照）由信號線依次輸出，該信號經放大整形后送入微處理器，微處理器根據各點光強計算出激光點移動的距離即弧長（Δl=HN），從而可根據公式（ΔQ=Δl/r）計算出傾斜角。

本實用新型的光電式傾斜角傳感器，為了提高擺錘的穩定性，在擺錘總成下面設有環形磁鐵，通過該環形磁鐵與半球形鐵皮相互作用，起到阻尼作用，從而達到穩定擺錘的作用。

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、整形電路和驅動電路，均為現有技術中成熟的技術，在此不再贅述。

本實用新型的光電式傾斜角傳感器，與傳統的傾斜角傳感相比，本傳感器具有以下優點：傾斜角是通過各個光敏二極管的空間位置確定的（函數關系簡明），因此不存在非線性間題，不需要A/D轉換直接輸出數字信號，因此響應速度快，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，沒有機械轉換機構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，結構簡單。

附圖說明

圖1為本實用新型的光電式傾斜角傳感器的結構示意圖；

圖2為圖1中A-A線剖視圖；

圖3為圖1中擺錘總成的結構示意圖；

圖4為本實用新型的光電式傾斜角傳感器的電路原理示意圖；

圖5為本實用新型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、驅動電路；9、擺線；10、擺錘總成；10a、筒形質量塊；10b、激光發射器；10c、環形磁鐵；11、殼體。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。