[實用新型]一種固體擺電容式傾角傳感器

有效

• 申請號: 201420651357.1
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN204115724U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 孔永紅
• 申請（專利權）人: 湖南科技學院
• 主分類號: G01C9/12
• 分類號: G01C9/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

?本實用新型涉及機械、儀表、制造和實驗研究等，特別是一種擺式電容傾角測量領域。

背景技術

常用的水平儀種類有框式水平儀、鉗工水平儀及合象水平儀，它們都是以水準器作為測量和讀數元件。水準器是一種密封的玻璃管，管內裝有粘滯系數較小的液體，并留有小氣泡，根據氣泡的位置來判斷水平儀是否水平。優點是結構簡單，缺點是，受溫度影響、讀數不準確，且不能確定傾斜的具體角度。

發明內容

為解決常用水平檢測儀的不足，設計一種固體擺傾角傳感器。該實用新型包括支架（1）、擺桿（2）、電容傳感器（3）、測量電路（4）；擺桿（2）通過鉸鏈懸掛在支架（1）上端，且能左右自由擺動；電容傳感器（3）包括移動電極（3-1）、固定電極I（3-2）和固定電極II（3-3）；擺桿（2）的下端固定移動電極（3-1），同時移動電極（3-1）用作擺錘。移動電極（3-1）、固定電極I（3-2）和固定電極II（3-3）由圓弧形金屬板制成；固定電極I（3-2）和固定電極II（3-3）放置在同一平面上，且在同一圓周上，彼此相互隔離；移動電極（3-1）的一半與固定電極I（3-2）相對形成一個電容，移動電極（3-1）的另一半與固定電極II（3-3）相對形成另一個電容；移動電極（3-1）與固定電極I（3-2）、固定電極II（3-3）形成一對差動電容。擺桿（2）為絕緣材料制成的細桿。測量電路（4）由比較器A1、比較器A2、雙穩態觸發器、電阻R1和R2、二極管VD1和VD2組成。

該實用新型的有益效果是將常規水平儀電子化與數字化，便于自動調節與控制。

附圖說明

圖1為實用新型機械結構示意圖，圖2為測量電路原理圖；

圖1～2中，1為支架、2為擺桿、3為電容傳感器、4為量電路，3-1移動電極、3-2為固定電極I、3-3為固定電極II。

具體實施方式

實用新型包括支架（1）、擺桿（2）、電容傳感器（3）、測量電路（4）；擺桿（2）通過鉸鏈懸掛在支架（1）上端，且能左右自由擺動；電容傳感器（3）包括移動電極（3-1）、固定電極I（3-2）和固定電極II（3-3）；擺桿（2）的下端固定移動電極（3-1），同時移動電極（3-1）用作擺錘。移動電極（3-1）、固定電極I（3-2）和固定電極II（3-3）由圓弧形金屬板制成；固定電極I（3-2）和固定電極II（3-3）放置在同一平面上，且在同一圓周上，彼此相互隔離；移動電極（3-1）的一半與固定電極I（3-2）相對形成一個電容C1，移動電極（3-1）的另一半與固定電極II（3-3）相對形成另一個電容C2；移動電極（3-1）與固定電極I（3-2）、固定電極II（3-3）形成一對差動電容。擺桿（2）為絕緣材料制成的細桿。測量電路（4）由比較器A1、比較器A2、雙穩態觸發器、電阻R1和R2、二極管VD1和VD2組成。

當支架（1）的底座水平時，移動電極（3-1）與固定電極I（3-2）、固定電極II（3-3）的兩個差動電容大小相等，即C1=C2；當底座向左傾斜時，電容C1增大，C2減小；反之，電容C1減小，C2增大，經過測量電路（4）獲得與傾角相應的直流電壓輸出。

本實施例中，由圖2可知，比較器A1和比較器A2的輸出端分別連接到雙穩態觸發器的觸發兩個輸入端，雙穩態觸發器的兩個輸出端R1和R2，R1和R2分別再連接到C1和C2，由F點和G點分別再連接到比較器A1和比較器A2的輸入端，比較器A1和A2的另一輸入端連接在一起接參考電壓U_R；二極管VD1與R1并聯，二極管VD2與R2并聯。參考電壓U_R略低于電源電壓。

設電源接通時，雙穩態觸發器的輸出端A為高電位，輸出端B為低電位，因此，A點通過電阻R1對C1充電，直到F點的電位等于參考電壓U_R時，使比較器A1產生一脈沖，雙穩態觸發器翻轉，則A點的呈低電位，B點呈高電位。此時F點的電位U_R經二極管VD1迅速放電至零，同時B點高電位經電阻R2向電容C2充電，當G點的電位充至U_R?時，比較器A2產生一脈沖，使雙穩態觸發器再次翻轉，則A點呈高電位，B點呈低電位。如此重復上述過程，則在雙穩態觸發器的兩個輸出端A、B兩點分別產生寬度受C1、C2調制的方波脈沖。當C1=C2時，A和B兩點的波形寬度相等，U_AB為電源電壓的一半；當C1>C2時，C1充電時間長大于C2充電時間，A點的脈沖寬度大于B點的脈沖寬度，U_AB增大；反之，當C1<C2時，U_AB減小。即U_AB為與電容C1和C2相關的電壓輸出，即與傳感器傾角相關的電壓。