[發明專利]同心共面四等分環-四等分圓嵌套極板傾角測量方法與裝置

有效

• 申請號: 201410179252.5
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN104034256A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 楊宏興;譚久彬;胡鵬程
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30;G01C9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于角度測量技術領域，主要涉及一種傾角測量方法與裝置。

背景技術

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狀態下始終保持水平的原理。內部加入了液體的容器發生傾斜，穩定后液面保持水平，但液體與容器的相對位置發生了變化。通過檢測這一過程所引發的電學量變化，計算出容器相對于內部的液體表面的角度，進而來測定容器的傾斜角。

對于檢測容器與其內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技術，是將一端封閉的圓筒狀的金屬容器內密封入適量的導電性液體，開口用金屬圓板堵塞。將一對金屬電極貫通并固定于圓板。當容器傾斜時，容器與內部的液體表面所成的角度發生變化，從而使金屬電極與導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，金屬電極與導電性液體的直接接觸，造成電極本身金屬的析出、導電性液體的電解等電化學反應，傳感器的精度及穩定性很難得到長期的保障。

關于靜電電容式傳感器，中國CN1668892A號專利中介紹了相關技術。該傳感器就是在電絕緣體制的筒狀密閉容器內密封入內容積的1/2量的導電性液體，容器內平行的兩個側面上放置板狀主電極，其表面有硅氧化覆蓋膜，充當電介質。當容器傾斜時，容器與內部的液體表面所成的角度發生變化，使得板狀主電極和導電性液體之間的電容發生變化。從而，對其電容值的變化進行測量，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，當筒狀密閉容器發生的傾斜角度過大時，容器內部的液體偏置一側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，且取決于容器內部的結構尺寸。

發明內容

本發明針對上述現有檢測傾角的傳感方式中金屬電極與導電性液體的直接接觸、傳感器穩定性很難得到長期的保障、可測傾角量程的有限性等問題，本發明提出和設計了同心共面四等分環-四等分圓嵌套極板傾角測量方法與裝置，該發明中使用的絕緣性液體避免了極板的析出等電化學反應，傳感器單元中的環形共面電容結構實現了360度全量程測量。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種同心共面四等分環-四等分圓嵌套極板傾角測量方法，所述方法步驟如下：

(1)、將一個圓形金屬板和外部圓環形金屬板共面同心放置，且圓形金屬板和外部圓環形金屬板沿徑向四等分，分別得到四份四分之一圓形金屬板和四份四分之一圓環形金屬板，所述同一扇形角所對的四分之一圓形金屬板和四分之一圓環形金屬板形成電容，所述四份四分之一圓形金屬板與四份四分之一圓環形金屬板組合得到環形共面電容測頭；

(2)、將環形共面電容測頭垂直浸入到絕緣性液體中，絕緣性液體的液面通過環形共面電容測頭的中心，同一扇形角所對的四分之一圓形金屬板和四分之一圓環形金屬板形成的電容容值由空氣的介電常數、絕緣性液體的介電常數、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)、上述環形共面電容測頭沿中心進行圓周旋轉時，其傾角發生改變，絕緣性液體的液面保持水平，環形共面電容測頭與絕緣性液體的相對位置發生變化，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生改變，測量上述同一扇形角所對的四分之一圓形金屬板和四分之一圓環形金屬板形成的電容容值的變化，求得傾角值。

一種同心共面四等分環-四等分圓嵌套極板傾角測量裝置，包括電容測量單元和傾角計算單元，所述電容測量單元與傾角計算單元連接；所述裝置還包括傳感器單元，所述傳感器單元的構造是：在一端呈開口狀的圓柱體容器的開口端密封裝配圓形絕緣基板，在圓柱體容器腔內位于圓形絕緣基板里側面上配裝環形共面電容測頭；所述環形共面電容測頭由四個四分之一圓形金屬板和四個四分之一圓環形金屬板構成，其中四個四分之一圓環形金屬板配置在四個四分之一圓形金屬板外側，且四個四分之一圓環形金屬板與四個四分之一圓形金屬板共面同心，所述四個四分之一圓環形金屬板沿周向均勻分布且與四個四分之一圓形金屬板一一對應；八根電位引線依次分別將四個四分之一圓形金屬板、四個四分之一圓環形金屬板與電容測量單元的輸入端連接；所述圓柱體容器呈橫置，在所述圓柱體容器內密封注入占圓柱體容器體積二分之一的絕緣性液體。

本發明具有以下特點及良好效果：