CN101556151B - 光电式水平与铅直状态传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电式水平与铅直状态传感器，包括了底座、后座、机壳，底座与后座的外壁面相互垂直；所述的机壳内安装有一水平隔板，水平隔板的前段安装有光电双断续器传感模块，其中央有通孔，供调制杆穿过，其前、后、左、右分别安装有对应的红外发射器与红外接收器组，所述的红外发射器、红外接收器均接入机壳内安装的电路控制系统，电路控制系统包括有集成电路板，集成电路外接有蜂鸣器、数据通讯接口、电源插座、信号发射天线、电池、状态指示灯、电源及制动开关、无线信号发射开关。本发明采用垂吊的调制杆切换红外光线为传感源，具有结构简单、操作方便、直观可靠、经济实用和无线信号输出等特点，满足工程设计、施工、监理及自动控制等应用的需求。

Description

光电式水平与铅直状态传感器

技术领域

本发明涉及一种检测工程结构水平或铅直状态的传感器，具体的说是一种光电式水平与铅直状态传感器。

技术背景

目前，检测工程结构水平或铅直状态的器件有气泡式水平尺、吊线配吊锥、水平仪和铅直仪等，因为该类检测器件存在功能单一、检测不直观、体积大、操作不便或不能信号输出等的不足，所以在工程的应用方面受到局限。

发明内容

针对现有的水平或铅直状态检测器件的不足，本发明提出一种光电式水平与铅直状态传感器，检测直观、体积小、操作方便、能输出信号，更能满足现代工程需要。

本发明的技术方案如下：

一种光电式水平与铅直状态传感器，包括了底座、后座、机壳，其特征在于：底座与后座的外壁面相互垂直；所述的机壳内安装有一水平隔板，所述的水平隔板与底座外壁面平行，所述的水平隔板前段安装有光电双断续器传感模块，光电双断续器传感模块包括：水平隔板中央有通孔，所述的通孔的前、左侧分别安装有红外发射器，所述的通孔的后、右侧各安装有二个并行排列且有一定间距的红外接收器，前侧红外发射器和后侧二个并行排列红外接收器的中心线与左侧红外发射器和右侧二个并行排列红外接收器的中心线相垂直；机壳内悬挂安装有吊链，吊链下方连接有调制杆，所述的调制杆穿过水平隔板上的通孔，调制杆的下端连接有吊锥；所述的调制杆位于光电双断续器传感模块中心的位置时，恰好保证挡住从前、左侧红外发射器发出的红外线，即同时不被后、右侧的各个红外接收器接收；所述的红外发射器、红外接收器均接入机壳内安装的电路控制系统，电路控制系统包括有集成电路板，集成电路外接有蜂鸣器、数据通讯接口、电源插座、信号发射天线、电池、状态指示灯、电源及制动开关、无线信号发射开关。

所述的光电式水平与铅直状态传感器，其特征在于所述的制动开关结构为：机壳侧壁上有条形槽，条形槽内安装有推拨杆，推拨杆下端连接有水平制动簧片，制动簧片有U形槽，所述的U形槽插在所述的调制杆外，U形槽位于水平隔板与吊锥之间。

所述的光电式水平与铅直状态传感器，其特征在于所述的机壳内安装有竖直隔板，所述的集成电路板安装于竖直隔板左侧，所述的水平隔板上安装的各部件位于竖直隔板的右侧。

所述的光电式水平与铅直状态传感器，其特征在于所述的机壳为圆门洞形状，底座及后座为圆门洞形板，后座与底座分别位于机壳的后端和底端，状态指示灯安装于机壳顶面的前部，信号发射天线安装于机壳顶面中部的左侧；电源及制动开关安装于机壳的前侧面，插座和无线信号发射开关安装于机壳的左侧面。

所述的光电式水平与铅直状态传感器，其特征在于：所述的状态指示灯为十字型布置的五个发光二极管，即中间一个，周围等距分布四个，发光二极管颜色是中间的为白色、前侧的为黄色、后侧的为绿色、左侧的为红色，以及右侧的为蓝色。

所述的光电式水平与铅直状态传感器，其特征在于：所述的电源开关为拨动式开关，安装于机壳侧壁上的条形槽上方，所述的推拨杆上端与电源开关的拨动按钮固定连接。

所述的光电式水平与铅直状态传感器的机心，其特征在于：所述的吊链为多个相扣的椭圆形丝环，椭圆丝环的长半径为环丝直径的2.5倍，短半径为环丝直径的1.75倍；椭圆丝环的个数不少于4个，其材料为不锈钢。

所述的光电式水平与铅直状态传感器的机心，其特征在于：所述的调制杆为等直径圆杆，其长度略比光电双断续器传感模块的高度长，颜色为不透光的黑色。

机壳顶板中心固定一根下垂的吊链，吊链的下端与调制杆和吊锥依次连接，调制杆和吊锥能绕吊链上端的固定中心摆动。中心位于吊链吊点的铅垂线上。调制杆穿入水平隔板上的通孔，切换两组红外发射器与红外接收器的光线。

本发明为了能在同一测量参照系下，采用传感器的后座或底座对工程结构进行水平或铅直状态的检测，光电双断续器传感模块中必须有一组光电双断续器的中心轴线与底座对称轴线的方向一致，即与传感器对称轴线的方向一致。这样，传感器上的状态指示器发光二极管能发出相应方向的指示。

传感模块的两组光电双断续器的对称轴线相互垂直，对称轴线的交点与传感模块中心重合。每组光电双断续器的一个红外发射器与两个并排的红外接收器分别位于水平隔板通孔边界的两侧，且红外发射器发出的光线能同时被两个红外接收器接收。

推拨杆向下拨动时，切断电源，并使制动簧片压在吊锥上制动；向上拨能接通电源，并使制动簧片松开吊锥，让吊锥自由移动。

所述的蜂鸣器为晶体式发声器，当传感器处于水平或铅直状态时会发出音响作为提示。

所述的信号发射天线为伸缩圆杆式天线，能向信号接收器发出状态检测的信号。

所述的底座为等厚的圆门洞形状的平板，底座后端的两侧直段面上，各有一个便于后座插入固定插件座的插槽口。在底座前后两个侧面的对称轴线位置上，各有一道检测时对中的刻痕。

所述的后座为等厚的圆门洞形平板，后座上端半圆部分的对称线上有一个固定用的螺栓孔。后座下端的两侧直段面上，各有一个便于底座插入固定插件座的插槽口。在后座上下两个侧面的对称轴线位置上，各有一道检测时对中的刻痕。

如在设备安装时，先在设备的检测面上画出需水平或铅直的基准线，将传感器的底座或后座上的对中刻痕与设备检测面上的基准线对齐后，把传感器固定于设备上。这样，只要传感器处于铅直或水平，就能保证设备处于铅直或水平的状态。

所述的传感器插座为矩形，两条弹簧卡条平行位于底板面上，其间距与光电式水平与铅直状态传感器底座或后座的插槽等宽，挡块位于两条弹簧卡条的一端的底板。固定弹簧卡位于底板的插口处，按下挡块上的按钮能松开固定弹簧卡，并推出传感器。底板中间和四边角各有一个固定螺栓孔。

传感器插座是为了便于传感器安装在被测工程结构或设备上所用的，事先把传感器插座粘接或螺栓固定于被测工程结构或设备上，然后把传感器插在传感器插座上进行检测。

本发明的原理

为了检测出工程结构在任意方向的倾斜，本发明的传感器机壳内设置了在同一水平隔板上且对称轴线相互垂直的两组光电双断续器，每组光电双断续器有一个红外发射器和两个并排的红外接收器。红外发射器的发射角为α，两个红外接收器接收窗口外侧的距离为b，红外发射器与红外接收器的垂直距离为L。为了获得最佳灵敏度，需设定的L≥0.5b ctg(α/2)，且两组的红外发射器与红外接收器的垂直距离均为L。为了达到理想的传感重复性，采用多节椭圆形环的无刚度吊链，让调制杆始终保持铅直的状态。固定于机心内顶板中心的吊链铅直下垂，连接着直径为Φ且不透光黑色的圆形调制杆。调制杆垂直穿入传感模块中间的圆孔，位于红外发射器与红外接收器的中间，即与红外发射器和红外接收器等距均为L/2。根据三角形相似原理，得出调制杆直径Φ为b/2，则：正好挡住两个并排的红外接收器的光线。这样只要调制杆向一侧偏离，就能让相应另一侧的红外接收器接收到红外光线。由于传感模块有两组对称轴线相垂直的光电双断续器，不任调制杆往哪个方向偏离，都会有红外接收器接收到红外光线，所以能达到检测任意方向倾斜状态的目的。

被检测的工程结构发生倾斜时，具体状态指示灯的显示为：当被检测的工程结构向左倾斜，且前后方向处于水平状态时，在重力的作用下，被吊链垂吊的调制杆保持着铅直状态向左移动，让光电双断续器右侧位置的红外接收器接收到光线，使其光敏三极管处于导通状态，经逻辑电路输出为高电位“1”，则状态指示灯左侧的红色发光二极管亮。其余的三个红外接收器因不能接收到光线，均处于截止状态输出为低电位“0”。又经逻辑电路，只要前后或左右的红外接收器输出同时为低电位“0”，则状态指示灯中间白色的发光二极管亮。该种倾斜的状态，有白色与红色两个发光二极管亮；当被检测的工程结构处于向前又偏右倾斜时，保持铅直状态的调制杆向前偏右移动，让后侧和左侧的红外接收器接收到光线，经逻辑电路使状态指示灯前侧黄色的发光二极管和右侧蓝色的发光二极管都亮，而其余的发光二极管都不亮；当被检测的工程结构处于铅直状态，即在前后和左右方向都处于水平状态时，保持铅直状态的调制杆正好位于前后和左右方向两组光电断续器的正中间，同时遮挡住所有红外接收器发出的光线，使其所有的光敏三极管均处于截止状态，输出均为低电位“0”，经逻辑电路使中间白色的发光二极管亮，周围四个发光二极管都不亮。由此类推，被测工程结构往哪个方向倾斜，哪个方向的状态指示灯发光二极管就亮。不然，被测工程结构处于水平或铅直状态，就中间的发光二极管亮。具体状态指示灯的指示如下表：

状态指示灯指示表

注：表中的前后方向为传感器顶面对称线的方向；左右方向为与传感器顶面对称线垂直的方向。

本发明的效果

本发明的光电式水平与铅直状态传感器，有检测工程结构水平或铅直状态的双重功能；能按现场的具体情况，在工程结构的顶面或侧面的不同部位进行检测；能根据检测时间的长短，选择采用手持或传感器插座固定等多种检测方式；能无线信号发出检测数据，便于远距离的遥测与自动控制；采用十字型布置五个不同颜色的发光二极管为状态指示灯，能直观地辩别出被检测的工程结构倾斜的方向，尤其是适用于在远处、照明条件不好或夜间的检测；为了提示工程结构处于水平或铅直的状态，配置了处在该状态时会鸣响的蜂鸣器。具有结构简单、操作方便、检测快捷、直观可靠、经济实用、体积小、重量轻，以及有线或无线信号输出等特点，满足工程设计、施工、监理和自动控制等应用的需求。

附图说明

图1本发明的正视结构示意图。

图2本发明的侧视结构示意图。

图3本发明的俯视结构示意图。

图4本发明的侧视内部结构示意图。

图5本发明的光电双断续器传感模块俯视示意图。

图6本发明的光电双断续器传感模块侧视示意图。

图7本发明的光电双断续器传感模块正视示意图。

图8本发明的吊链正视结构示意图。

图9本发明的调制杆正视结构示意图。

图10本发明的调制杆俯视结构示意图。

具体实施方式

参见图1～10。一种光电式水平与铅直状态传感器，包括了吊链1、调制杆2、前后方向光电双断续器的红外发射器3、前后方向光电双断续器左侧的红外接收器4、前后方向光电双断续器右侧的红外接收器5、左右方向光电双断续器的红外发射器6、左右方向光电双断续器后侧的红外接收器7、左右方向光电双断续器前侧的红外接收器8、吊锥9、中间状态指示灯(白色)11、前侧状态指示灯(黄色)12、后侧状态指示灯(绿色)13、左侧状态指示灯(红色)14、右侧状态指示灯(蓝色)15、制动及电源开关16、电源开关17、制动弹簧铜片18、滑动连杆19、无线信号发射开关20、信号发射天线21、蜂鸣器22、插座25、机壳31、底座32、后座33、底座插槽34、后座插槽35、铅直方向对中刻痕36、水平方向对中刻痕37、固定螺栓孔38、传感模块通孔39、光电双断续器基板40。

底座32与后座33的外壁面相互垂直；所述的机壳内安装有一水平隔板，所述的水平隔板与底座32外壁面平行，所述的水平隔板中央有传感模块通孔39，所述的通孔39的后、右侧分别安装有红外发射器6、3，所述的通孔39的前侧安装有二个并行排列且有一定间距的红外接收器7、8，通孔39左侧安装有二个并行排列且有一定间距的红外接收器4、5，机壳内悬挂安装有吊链1，吊链1下方连接有调制杆2，所述的调制杆2穿过水平隔板上的通孔39，调制杆2的下端连接有吊锥9；所述的调制杆2位于铅直位置时，恰好保证从后、右侧红外发射器6、3发出的红外线从调制杆2两侧出射且同时被前、左侧的各个红外接收器4、5、7、8接收；所述的红外发射器、红外接收器均接入机壳内安装的电路控制系统，电路控制系统包括有集成电路板，集成电路外接有蜂鸣器22、数据通讯接口、电源插座、信号发射天线21、电池、状态指示灯(发光二极管)11、12、13、14、15、电源及制动开关17、无线信号发射开关20等各种电控器件。

具体实施方式为：检测工程结构水平或铅直状况时，用光电式水平与铅直状态传感器的底座32或后座33抵靠或在被测工程结构的水平或铅直基准面上，将传感器底座32边上的水平方向对中刻痕37或后座33边上的铅直方向对中刻痕36与相应基准面上的中心线或铅直线对准。打开电源及制动开关16，状态指示灯立即显示出工程结构的铅直或水平状况。若需无线信号传输检测数据，打开无线信号发射开关20，无线信号发射器的天线21将发出相应的信号，也可用电缆插头插入插座25输出相应的信号。如果工程结构处于向左倾斜的状态，传感器机心内由吊链1垂吊的调制杆2与吊锥9向左侧移动，前后方向光电双断续器右侧的红外接收器5接收到光线，经逻辑电路处理，左侧状态指示灯的发光二极管(红色)14会亮；由此类推，如果工程结构处于向右倾斜状态，则右侧状态指示灯的发光二极管(蓝色)15会亮；如果工程结构处于向前倾斜状态，则前侧状态指示灯的发光二极管(黄色)12会亮；如果工程结构处于向后倾斜状态，则后侧状态指示灯的发光二极管(绿色)13会亮；如果工程结构不倾斜处于铅直，或前后及左右的任一方向处于水平状态，则中间状态指示灯的发光二极管(白色)11会亮。如果需较长的检测时间，可先把传感器插座的底板栓接或粘接在被检测工程结构的基准面上，然后将传感器的底座32或后座33插在传感器插座的滑槽内便可进行检测。

吊链1的作用是垂吊调制杆2和吊锥9，让调制杆2和吊锥9处于铅直的状态。调制杆2的作用是切换光电双断续器传感模块的光线。前后方向光电双断续器红外发射器3的作用是向红外接收器4和5发射红外光线。前后方向光电双断续器左侧红外接收器4的作用是接收红外光线，传感向右倾斜状况。前后方向光电双断续器右侧红外接收器5的作用是接收红外光线，传感向左倾斜状况。左右方向的光电双断续器红外发射器6的作用是向红外接收器7和8发射红外光线。左右方向的光电双断续器后侧红外接收器7的作用是接收红外光线，传感向前倾斜状况。左右方向的光电双断续器前侧红外接收器8的作用是接收红外光线，传感向后倾斜状况。吊锥9的作用是加大向下的重量为调制杆2配重，在重力作用下让调制杆2保持铅直的状态。中间状态指示灯(白色)11的作用是显示传感器处于铅直或水平的状态。前侧状态指示灯(黄色)12的作用是显示传感器处于向前倾斜的状态。后侧状态指示灯(绿色)13作用是显示传感器处于向后倾斜的状态。左侧状态指示灯(红色)14作用是显示传感器处于向左倾斜的状态。右侧状态指示灯(蓝色)15作用是显示传感器处于向右倾斜的状态。制动及电源开关16的作用是开关电源，以及联动制动弹簧铜片18来制动吊锥9。电源开关17的作用是开关电源。制动弹簧铜片18的作用是制动吊锥9。滑动连杆19的作用是联动电源开关17和制动弹簧铜片18。无线信号发射开关20的作用是开关无线信号的发射。信号发射天线21的作用是向外部接收信号的仪器，发射工程结构铅直、水平或倾斜状况的检测信号。蜂鸣器22的作用是以响声提示传感器处于铅直或水平的状态。插座25的作用是为传感器提供外接电源和输出工程结构处于水平、铅直或倾斜状况的检测信号。机壳31的作用是保护和固定传感器内的器件。底座32的作用是将传感器抵触或固定于被测工程结构顶面进行铅直或水平状态的检测。后座33的作用是将传感器抵触或固定被测工程结构侧面进行铅直或水平状态的检测。底座插槽34的作用是便于传感器底座32插入传感器插座。后座插槽35的作用是便于传感器后座33插入传感器插座。铅直方向对中刻痕36的作用是便于传感器与被测工程结构侧面的基准面铅直线对中。水平方向对中刻痕37的作用是便于传感器与被测工程结构顶面的基准面中心线对中。固定螺栓孔38的作用是将传感器固定于被测工程结构的侧面上。传感模块孔39的作用是让调制杆2穿入光电双断续器传感模块圆孔内切割光线。光电双断续器基板40的作用是固定两组轴线相互垂直的光电双断续器。

本发明的具体使用范围：

1.在被检测工程结构顶面或侧面的基准面上画出中心线或铅直线。

2.若进行较短时间的工程结构水平或铅直状态检测，手持着光电式水平与铅直状态传感器，以传感器上的对中刻痕对准工程结构的中心线或铅直线，平稳地抵在被检测工程结构顶面或侧面的基准面上；若进行较长时间的如工程设备安装等水平或铅直状态检测，将传感器插座对准工程结构基准面的中心线或铅直线，并用双面胶或螺栓予以固定，然后把传感器插入传感器插座。

3.打开传感器的电源及制动开关，即可进行检测。

4.从传感器状态指示灯的显示，得出被测工程结构水平或铅直的状态，也可通过无线信号传输检测信号。

5.检测完毕，关闭传感器的制动及电源开关。

6.取下传感器，放入盒内贮藏。

本发明的性能：

1.状态显示方式：十字型布置的五个不同颜色(红、黄、蓝、绿、白)的发光二极管，以及蜂鸣器。

2.检测方式：手持抵靠、插入粘结在被测工程结构顶面或侧面的传感器插座或螺栓固定进行检测。

3.灵敏度：±0.1°。

4.输出：有线或无线信号(覆盖范围300m)。

5.工作温度：-10℃～60℃。

6.电源：+12v(外接开关电源或电池)。

7.尺寸：80×45×60mm(长×宽×高)。

8.重量：约120克。

Claims (6)

1.一种光电式水平与铅直状态传感器，包括了底座、后座、机壳，其特征在于：底座与后座的外壁面相互垂直；所述的机壳内安装有一水平隔板，所述的水平隔板与底座外壁面平行，所述的水平隔板前段安装有光电双断续器传感模块，光电双断续器传感模块包括：水平隔板中央有通孔，所述的通孔的前、左侧分别安装有红外发射器，所述的通孔的后、右侧各安装有二个并行排列且有一定间距的红外接收器，前侧红外发射器和后侧二个并行排列红外接收器的中心线与左侧红外发射器和右侧二个并行排列红外接收器的中心线相垂直；机壳内悬挂安装有吊链，吊链下方连接有调制杆，所述的调制杆穿过水平隔板上的通孔，调制杆的下端连接有吊锥；所述的调制杆位于光电双断续器传感模块中心的位置时，恰好保证挡住从前、左侧红外发射器发出的红外线，即同时不被后、右侧的各个红外接收器接收；所述的红外发射器、红外接收器均接入机壳内安装的电路控制系统，电路控制系统包括有集成电路板，集成电路外接有蜂鸣器、数据通讯接口、电源插座、信号发射天线、电池、状态指示灯、电源及制动开关、无线信号发射开关。

2.根据权利要求1所述的光电式水平与铅直状态传感器，其特征在于所述的制动开关结构为：机壳侧壁上有条形槽，条形槽内安装有推拨杆，推拨杆下端连接有水平制动簧片，制动簧片有U形槽，所述的U形槽插在所述的调制杆外，U形槽位于水平隔板与吊锥之间。

3.根据权利要求1所述的光电式水平与铅直状态传感器，其特征在于所述的机壳内安装有竖直隔板，所述的集成电路板安装于竖直隔板左侧，所述的水平隔板上安装的各部件位于竖直隔板的右侧。

4.根据权利要求1所述的光电式水平与铅直状态传感器，其特征在于所述的机壳为圆门洞形状，底座及后座为圆门洞形板，后座与底座分别位于机壳的后端和底端，状态指示灯安装于机壳顶面的前部，信号发射天线安装于机壳顶面中部的左侧；电源及制动开关安装于机壳的前侧面，插座和无线信号发射开关安装于机壳的左侧面。

5.根据权利要求1所述的光电式水平与铅直状态传感器，其特征在于：所述的状态指示灯为十字型布置的五个发光二极管，即中间一个，周围等距分布四个，发光二极管颜色是中间的为白色、前侧的为黄色、后侧的为绿色、左侧的为红色，以及右侧的为蓝色。

6.根据权利要求1所述的光电式水平与铅直状态传感器，其特征在于：所述的吊链为多个相扣的椭圆形丝环，椭圆丝环的长半径为环丝直径的2.5倍，短半径为环丝直径的1.75倍；椭圆丝环的个数不少于4个，其材料为不锈钢。

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