[發(fā)明專利]成對四等分環(huán)-圓嵌套極板相向交錯放置式傾角測量方法與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410179173.4
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN104019797A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭佳豪;譚久彬;胡鵬程
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C9/20
• 分類號: G01C9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于角度測量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種傾角測量方法與裝置。

背景技術(shù)

目前，公知的測量傾角的傳感方法是利用液體的表面在靜止?fàn)顟B(tài)下始終保持水平的原理。內(nèi)部加入了液體的容器發(fā)生傾斜，穩(wěn)定后液面保持水平，但液體與容器的相對位置發(fā)生了變化。通過檢測這一過程所引發(fā)的電學(xué)量變化，計算出容器相對于內(nèi)部的液體表面的角度，進(jìn)而來測定容器的傾斜角。

對于檢測容器與其內(nèi)部所加入的液體表面的之間的傾斜角的傳感方式，可分為電阻式和靜電電容式兩大類。

日本專利2001-13160號公報中介紹了電阻式傳感器的相關(guān)技術(shù)，是將一端封閉的圓筒狀的金屬容器內(nèi)密封入適量的導(dǎo)電性液體，開口用金屬圓板堵塞。將一對金屬電極貫通并固定于圓板。當(dāng)容器傾斜時，容器與內(nèi)部的液體表面所成的角度發(fā)生變化，從而使金屬電極與導(dǎo)電性液體的接觸面積改變，使得金屬容器和各金屬電極之間的電阻發(fā)生變化。通過測量其電阻值的變化，就能檢測出容器的傾斜角。

但是，金屬電極與導(dǎo)電性液體的直接接觸，造成電極本身金屬的析出、導(dǎo)電性液體的電解等電化學(xué)反應(yīng)，傳感器的精度及穩(wěn)定性很難得到長期的保障。

關(guān)于靜電電容式傳感器，中國CN1668892A號專利中介紹了相關(guān)技術(shù)。該傳感器就是在電絕緣體制的筒狀密閉容器內(nèi)密封入內(nèi)容積的1/2量的導(dǎo)電性液體，容器內(nèi)平行的兩個側(cè)面上放置板狀主電極，其表面有硅氧化覆蓋膜，充當(dāng)電介質(zhì)。當(dāng)容器傾斜時，容器與內(nèi)部的液體表面所成的角度發(fā)生變化，使得板狀主電極和導(dǎo)電性液體之間的電容發(fā)生變化。從而，對其電容值的變化進(jìn)行測量，以檢測出容器的傾斜角的大小。

但是，在這種靜電電容式傳感器的情況下，當(dāng)筒狀密閉容器發(fā)生的傾斜角度過大時，容器內(nèi)部的液體偏置一側(cè)而失去與另一個主電極的接觸，此時這種傳感器失去功效。由于原理的局限性，其可測傾斜角的量程總是有限的，且取決于容器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)尺寸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有檢測傾角的傳感方式中金屬電極與導(dǎo)電性液體的直接接觸、傳感器穩(wěn)定性很難得到長期的保障、可測傾角量程的有限性等問題，本發(fā)明提出和設(shè)計了成對四等分環(huán)-圓嵌套極板相向交錯放置式傾角測量方法與裝置，該發(fā)明中使用的絕緣性液體避免了極板的析出等電化學(xué)反應(yīng)，傳感器單元中的環(huán)形共面電容結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了360度全量程測量。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種成對四等分環(huán)-圓嵌套極板相向交錯放置式傾角測量方法，所述方法步驟如下：

(1)、將一個圓形金屬板和外部圓環(huán)形金屬板共面同心放置，且外部圓環(huán)形金屬板沿徑向四等分，得到四份四分之一圓環(huán)形金屬板，所述每一份四分之一圓環(huán)形金屬板分別與圓形金屬板形成電容，所述一個圓形金屬板與四份四分之一圓環(huán)形金屬板組合得到環(huán)形共面電容測頭；

(2)、將兩個上述環(huán)形共面電容測頭垂直浸入到絕緣性液體中，兩個環(huán)形共面電容測頭共軸相向放置，且兩個環(huán)形共面電容測頭的四分之一圓環(huán)形金屬板交錯分布，絕緣性液體的液面通過兩個環(huán)形共面電容測頭的中心，每一份四分之一圓環(huán)金屬板與圓形金屬板形成的電容容值由空氣的介電常數(shù)、絕緣性液體的介電常數(shù)、各自極板裸露在空氣中部分所對的扇形角和浸沒在絕緣性液體中部分所對的扇形角共同決定；

(3)、上述兩個環(huán)形共面電容測頭沿中心進(jìn)行圓周旋轉(zhuǎn)時，其傾角發(fā)生改變，絕緣性液體的液面保持水平，兩個環(huán)形共面電容測頭與絕緣性液體的相對位置發(fā)生變化，各極板裸露在空氣中部分所對的扇形角和浸沒在絕緣性液體中部分所對的扇形角發(fā)生改變，測量上述四分之一圓環(huán)形金屬板與圓形金屬板形成的電容容值的變化，求得傾角值；

(4)、上述兩個環(huán)形共面電容測頭沿中心進(jìn)行圓周旋轉(zhuǎn)，絕緣性液體液面臨近任一環(huán)形共面電容測頭的徑向分割線時，取另一環(huán)形共面電容測頭所得的計算結(jié)果作為最終傾角計算結(jié)果。