CN102384742A - 浮筒式水平倾角测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮筒式水平倾角测量装置，包括盛有液体的腔体，所述液体内设有于转动机构上对称设置的浮筒，所述浮筒的顶部高于液面，所述转动机构上由浮筒带动的转动体连接传感器的主栅，所述传感器的主栅与传感器的副栅耦合；所述转动机构的一种形式为与轴套配合的转轴，转动机构的另一种形式为设置在导向辊间作局部圆周运动的弧板，所述传感器的主栅、转轴或弧板、浮筒的总重量等于液体对浮筒产生的浮力。本发明通过浮筒追踪液体液面的角度改变而使传感器获取电信号，从而达到测量水平倾角的目的，所用传感器技术成熟且价格便宜，大幅度降低制造成本。

Description

浮筒式水平倾角测量装置

(一)技术领域：

本发明涉及水平倾角测量装置，特别是一种浮筒式水平倾角测量装置。

(二)背景技术：

现用数字式角度测量装置主要有电子水平尺、多功能电子水平尺和数字式角度测量仪等类型，其中精度最高者为数字式角度测量仪，如专利编号为ZL01249761.4“数字式倾角传感器”使用的《电解质倾角传感器》，其工作原理为：在玻璃、塑料或陶瓷的壳体内装有一定粘度的电解液，并有相应的电极与外部连接，电极与电极之间相互平行且间距相等，如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时，电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻，当壳体处于水平位置时，电极浸入电解液的深度相同，电阻相等；当壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，电极浸入电解液的深度也发生变化，使电阻发生变化，通过测量电阻之间的差值，再配合外部信号处理电路，就可以得知倾斜角度的大小和方向。

所述数字式角度测量仪在具有高精度测量功能时，其配套的数字信号处理电路级别也是最高的，进而催生了这类数字式角度测量仪的价格，如测量精度为秒级的《电解质倾角传感器》，其价格就在几千甚至上万元，普通使用者对此望尘莫及，极大地阻碍了数字式角度测量仪的推广运用。

(三)发明内容：

本发明目的是提供了一种结构简单、价格便宜、精度高的浮筒式水平倾角测量装置。

能够实现上述目的的浮筒式水平倾角测量装置，包括盛有液体的腔体，所不同的是所述液体内设有于转动机构两侧对称设置的浮筒，所述浮筒的顶部高于液面，所述转动机构上由浮筒带动的转动体连接传感器的主栅，所述传感器的主栅与传感器的副栅耦合。

本发明的工作原理：在转动机构两侧对称安置两个浮筒，浮筒的顶部高于液面，当测量装置的位置相对水平位置发生变化时，液面跟着发生变化，两侧的浮筒侵入液体的体积一边增加一边减少，浮筒对转动体产生一个扭转力矩，这个力矩将带动传感器的主栅达到新的平衡位置，与主栅耦合的传感器的副栅产生与之相应的电信号，从而达到测量水平倾角的目的。

所述转动机构的一种结构为与轴套转动配合的转轴，所述转动体为转轴，所述浮筒于转轴两侧设置并通过对称支架与转轴连接，所述转轴连接传感器的主栅。

为提高测量精度，所述传感器的主栅、转轴、浮筒的总重量与液体对浮筒产生的浮力相等(或相近)，使转轴与轴套之间的转动摩擦趋于最小甚至为零。

进一步提高测量精度的措施为保证传感器的主栅和副栅之间有合理的工作间隙，亦即调节转轴的轴向间隙，所述转轴两端设置挡块和顶丝，挡块设于传感器的副栅上，顶丝设于腔体壳面上。

所述转动机构的另一种结构为设置在导向辊间作局部圆周运动的弧板，所述转动体为弧板，所述弧板的两端连接相同的浮筒，传感器的主栅安装于弧板上。

所述导向辊为于弧板左、右设置的两组滚轮，每组滚轮分上、下位置，左、右两上位滚轮接触于弧板的上弧面，左、右两下位滚轮接触于弧板的下弧面。

为提高测量精度，所述传感器的主栅、弧板、浮筒的总重量与液体对浮筒产生的浮力相等，使弧板与滚轮之间的滚动摩擦趋于最小甚至为零。

所述传感器为采用相对测量和绝对测量的容栅传感器或为电涡流、电感、电磁等位移传感器。

本发明的优点：

1、本发明浮筒式水平倾角测量装置采用容栅传感器作为测量传感器，通过于传感器主栅的转动体两侧设置浸泡于液体内的浮筒，浮筒追踪液体液面的角度改变而使传感器获取电信号，从而达到测量水平倾角的目的，由此可见本发明的机构简单，所用容栅传感器技术成熟且价格便宜，因此本发明的制造成本大幅度降低。

2、本发明通过采取减小传感器转动件的摩擦力和摩擦系数、建立传感器转动件的合理轴向位移来提高测量精度，使其达到秒级精度要求。

3、本发明完全可取代现用最高水平的电解质倾角传感器而广泛推广，成为普通使用者用的起和用得好的新一代数字测量传感器装置。

(四)附图说明：

图1是本发明一种实施方式的结构示意图。

图2为图1中的C-C剖面图。

图3为图1中A处局部放大图。

图4为本发明另一种实施方式的结构示意图。

图5为图4中的B-B剖面图。

图6为图4中的E-E剖面图。

图号标识：1、腔体，2、轴套，3、转轴，4、浮筒，5、主栅，6、副栅，7、挡块，8、顶丝；9、支架；10、弧板；11、导向辊。

(五)具体实施方式：

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：

1、第一实施例：

本发明浮筒式水平倾角测量装置是在一腔体1内盛有液体，所述腔体1为圆形壳体，圆形壳体的背面壳套内设有容栅传感器，容栅传感器为在垂直方向上相互耦合的主栅5和副栅6，与主栅5同轴固连的水平转轴3通过壳体背面中心的轴套2进入壳体内，转轴3与轴套2转动配合；所述壳体内的转轴3两侧各设有一个浮筒4，两侧浮筒4相同且位置对称并通过对称支架9与转轴3连接成为一体，浮筒4浸入在液体内，壳体处于水平位置时，两侧浮筒4处于同一水平高度上，且浮筒4的顶部平面高于液面，如图1所示。

所述转轴3的两端设置挡块7和顶丝8，挡块7设于传感器的副栅6中心，转轴3伸出主栅5的端面与挡块7接触，顶丝8设于壳体正面，旋入的顶丝8的端面接触于壳体内的转轴3端面上，顶丝8的拧紧、拧松程度决定了传感器的主栅5和副栅6的耦合间隙，如图3所示。

所述转轴3与轴套2为间隙的转动配合，为减小两者之间的摩擦力，首先是减小转轴3作用于轴套2上的压力，采取的措施为合理设置浮筒4的大小，使液体对浮筒4产生的浮力等于或接近主栅5、转轴3和浮筒4的总重量，另外转轴3和轴套2采用摩擦系数较低的材料制造。

本发明安装于直角尺架上使用，直角尺架置于测量斜面上，液面发生倾斜，两边的浮筒4侵入液体的体积一边多一边少，相对位置发生改变，给转轴3产生一个扭转力矩而使传感器的主栅5转动一个角度，在液面和浮筒4重新达到平衡位置后，传感器的主栅5最终的转动角度在传感器的副栅6上产生与之相应的电信号，如图2所示。

2、第二实施例：

本发明浮筒式水平倾角测量装置是在一腔体1内盛有液体，所述腔体1为方形壳体，方形壳体底部靠近壳面设有左、右两组限制弧板10轴向移动、只作局部圆周转动的导向辊11，每组导向辊11为上、下位置的滚轮，上位的左、右两滚轮接触在弧板10的上弧面，下位的左、右两滚轮接触在弧板10的下弧面；所述弧板10两端各连接一个浮筒4，左、右两浮筒4大小相同，方形壳体处于水平位置时浮筒4的顶部空腔高出液面；弧板10通过支架9向后连接传感器的主栅5，传感器的主栅5与壳体背面的传感器的副栅6耦合，在垂直方向上相互耦合的主栅5和副栅6为容栅传感器的主栅5和副栅6，如图4、图5、图6所示。

所述弧板10与滚轮为转动配合，为减小两者之间的滚动摩擦力，首先是减小弧板10作用于滚轮上的压力，采取的措施为合理设计浮筒4的大小，使液体对浮筒4产生的浮力等于或接近主栅5、弧板10和浮筒4的总重量，另外弧板10和滚轮采用摩擦系数较低的材料制造。

本发明同样安装于直角尺架上使用，直角尺架置于测量斜面上，液面发生倾斜，两侧的浮筒4侵入液体的体积一边多一边少，相对位置发生改变，给弧板10产生一个扭转力矩而使其转动，从而带动主栅5转动一个角度，在液面和浮筒4重新达到平衡位置后，主栅5最终的转动角度在副栅6上产生与之相应的电信号。

综上所述，本发明具有如下特点：

1、与传感器的主栅5连接的转动件两侧是对称的浮筒4，浮筒4浸入腔体内的液体，液位不得高于浮筒4的顶面位置。

2、浮筒4产生的浮力和传感器的主栅5、转动件、浮筒4的重量相等或相近，使转动件的转动摩察阻力接近零，达到提高传感器的测量分辨率的目的。

3、转动件的轴向位移可调或设置得很小，以保证传感器的主栅5和副栅6的合理工作间隙。

4、腔体1为完全密封体，保证液体不会渗漏。

5、所用的传感器可以是采用相对测量和绝对测量的容栅传感器也可以用其它位移传感器，如电涡流，电感，电磁等位移传感器。

Claims (8)

1.浮筒式水平倾角测量装置，包括盛有液体的腔体(1)，其特征在于：所述液体内设有于转动机构上对称设置的浮筒(4)，所述浮筒(4)的顶部高于液面，所述转动机构上由浮筒(4)带动的转动体连接传感器的主栅(5)，所述传感器的主栅(5)与传感器的副栅(6)耦合。

2.根据权利要求1所述的浮筒式水平倾角测量装置，其特征在于：所述转动机构为与轴套(2)转动配合的转轴(3)，所述转动体为转轴(3)，所述浮筒(4)于转轴(3)两侧设置并通过对称支架(9)与转轴(3)连接，所述转轴(3)连接传感器的主栅(5)。

3.根据权利要求2所述的浮筒式水平倾角测量装置，其特征在于：所述传感器的主栅(5)、转轴(3)、浮筒(4)的总重量等于液体对浮筒(4)产生的浮力。

4.根据权利要求3所述的浮筒式水平倾角测量装置，其特征在于：所述转轴(3)两端设置有调节转轴(3)轴向间隙的挡块(7)和顶丝(8)，所述挡块(7)设于传感器的副栅(6)上，所述顶丝(8)设于腔体(1)壳面上。

5.根据权利要求1所述的浮筒式水平倾角测量装置，其特征在于：所述转动机构为设置在导向辊(11)间作局部圆周运动的弧板(10)，所述转动体为弧板(10)，所述弧板(10)的两端连接浮筒(4)，传感器的主栅(5)安装于弧板(10)上。

6.根据权利要求5所述的浮筒式水平倾角测量装置，其特征在于：所述导向辊(11)为于弧板(10)左、右设置的两组滚轮，每组滚轮分上、下位置，左、右两上位滚轮接触于弧板(10)的上弧面，左、右两下位滚轮接触于弧板(10)的下弧面。

7.根据权利要求6所述的浮筒式水平倾角测量装置，其特征在于：所述传感器的主栅(5)、弧板(10)、浮筒(4)的总重量与液体对浮筒(4)产生的浮力相等。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的浮筒式水平倾角测量装置，其特征在于：所述传感器为采用相对测量和绝对测量的容栅传感器或为电涡流、电感、电磁位移传感器。

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