[發(fā)明專利]一種傾斜傳感器及其工作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410159485.9
• 申請(qǐng)日: 2014-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104848841B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁家巍;巢海步;童遠(yuǎn)見(jiàn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州市新瑞得儀器有限公司
• 主分類號(hào): G01C9/20
• 分類號(hào): G01C9/20
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)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(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，檢測(cè)測(cè)量?jī)x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(guò)測(cè)量靜電電容來(lái)測(cè)定傾角。這種氣泡管的外周由玻璃構(gòu)成，因而要求較高的機(jī)械加工精度，此外為了測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向的傾角，兩軸線方向各要一個(gè)氣泡管，使用成本較高。同時(shí)氣泡管易受環(huán)境溫度變化的影響，必須對(duì)溫度變化進(jìn)行修正。

另一種傾斜傳感器是使用暗場(chǎng)條紋讓出射光平行通過(guò)，使其透過(guò)反射鏡讓暗場(chǎng)條紋轉(zhuǎn)向，其透光容器使透過(guò)反射鏡轉(zhuǎn)向的條紋反射，使其條紋成像并通過(guò)感光裝置感光，再計(jì)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，專利文獻(xiàn)公開(kāi)號(hào)為：CN1167907A。此方法對(duì)暗場(chǎng)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(guò)兩種不同的方法來(lái)求X軸和Y軸方向的傾角，其成本高，裝置復(fù)雜，且計(jì)算較復(fù)雜。

第三種傾斜傳感器是使用一個(gè)底部為平面玻璃、內(nèi)盛乙醚乙醇混合液的圓水準(zhǔn)器，其下方安置透鏡使LED光通過(guò)透鏡平行透過(guò)圓水準(zhǔn)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(dá)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(dòng)，故根據(jù)硅光電二極管上產(chǎn)生的相應(yīng)電壓差便可以計(jì)算出雙軸傾角。其典型代表是日本SOKKIA公司的測(cè)量?jī)x，此傾斜傳感器專利文獻(xiàn)號(hào)為：JP2007218722(A)。此傾斜傳感器雖體積小，但對(duì)支架的不對(duì)稱性、材料、溫度等因素不能忽視，若工作溫度變化超過(guò)7℃，則需要重新調(diào)整零點(diǎn)值，而“零點(diǎn)值”的軟件設(shè)置是由觀測(cè)人員決定的，存在視覺(jué)偏差且其調(diào)整的精確度也不夠高。

而現(xiàn)有的用于測(cè)量?jī)A斜的設(shè)備中利用光的折射或反射原理，其內(nèi)部設(shè)有透明或鏡面的液體，比如乙醇或水銀等等。液體的液面由于重力的因素一直處于水平，而當(dāng)設(shè)備處于非水平狀態(tài)時(shí)，原來(lái)的折射光或發(fā)射光必然因?yàn)檎凵浣嵌然蚍瓷浣嵌雀淖兌诟泄庠O(shè)備上產(chǎn)生一定的位移，利用該位移和設(shè)備內(nèi)的已知的光源與液面間的距離，即可根據(jù)三角函數(shù)計(jì)算出設(shè)備當(dāng)前的傾斜角度。比如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN10206114A和專利CN102261906A均為此類產(chǎn)品。

但是，這樣的設(shè)備顯然存在的問(wèn)題是,當(dāng)溫度產(chǎn)生變化時(shí)，液體與容器的熱脹冷縮率不同，所以液體的液面會(huì)產(chǎn)生高度變化，這樣，就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的誤差存在,當(dāng)設(shè)備處于水平面時(shí),就會(huì)顯示出有傾角的存在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性和精度較高、成本較低且計(jì)算簡(jiǎn)便，并能不受溫度影響的傾斜傳感器及其工作方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的一種技術(shù)方案是提供一種傾斜傳感器，其包括透光容器，所述透光容器內(nèi)設(shè)有具有自由液面的透光液體，還包括聚光透鏡和一對(duì)對(duì)稱設(shè)于所述透光容器的中心線兩側(cè)的檢測(cè)組件；各檢測(cè)組件包括：光源、感光裝置；各檢測(cè)組件中的感光裝置的輸出端與一中央處理器相連；各檢測(cè)組件工作時(shí)，所述光源輸出的光線照射在所述透光液體的液面上、并經(jīng)過(guò)所述液面反射或折射后穿過(guò)所述聚光透鏡、最后在所述感光裝置的感光面上形成一光斑；所述中央處理器計(jì)算各感光面上的所述光斑的中心點(diǎn)在各自感光面上的位置變化，以計(jì)算出傾斜傳感器的傾斜方向和傾斜角度。

各檢測(cè)組件中的光源為發(fā)出散射光線的點(diǎn)光源或發(fā)射出平行光線的面光源；當(dāng)所述光源是點(diǎn)光源時(shí)，各光源與所述液面之間分別設(shè)有用于將對(duì)應(yīng)光源的散射光線轉(zhuǎn)換為平行光線的透鏡。

為利于提高檢測(cè)的精確度，所述透光容器的底板為厚度一致的平面板。

上述傾斜傳感器的工作方法包括：各光源輸出的光線分別照射在所述液面上，并各自經(jīng)過(guò)所述液面反射或折射后分別穿過(guò)相應(yīng)的聚光透鏡，最后分別在相應(yīng)的感光裝置上形成相應(yīng)的光斑；所述中央處理器根據(jù)光斑分別計(jì)算兩個(gè)光斑的中心點(diǎn)；其中，若所述各檢測(cè)組件中的光源與透鏡光軸的間距都為e，當(dāng)所述透光容器發(fā)生傾角θ時(shí)，所述的兩個(gè)光斑的中心點(diǎn)在相應(yīng)的感光裝置上的偏移量分別為d1和d2，則根據(jù)公式d=F·tan（α+2θ）-F·tanα，由d1值計(jì)算出傾角θ1，由d2值計(jì)算出傾角θ2，其中：F為聚光透鏡焦距，tanα=e/F，最終得出所述透光容器的傾角θ的值為θ1和θ2的絕對(duì)值之和除以2；同時(shí)，根據(jù)任一光斑的中心點(diǎn)在相應(yīng)的感光裝置上的偏移方向，計(jì)算出所述透光容器的傾斜方向，最終獲得傾斜傳感器的傾斜角度和方向。