CN102735214A - 一种采用激光位移传感器设计的倾角传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用激光位移传感器设计的倾角传感器，包括支架、摆杆、摆锤、激光位移传感器、电路部分、反射平面，所述激光位移传感器和电路部分设置在摆杆的中部，所述反射平面固定在摆杆的中部，所述摆杆、摆锤固定在支架上，本发明利用检测垂摆的摆动距离，来测量对象物的倾斜角度，结构简单、操作方便、不受电磁场影响、可以实时的测量和调整精度，稳定性好，不受温度变化的影响，操作方便，测量精度高，具有较强的实用价值和现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用激光位移传感器设计的倾角传感器，属于传感器技术领域。
背景技术
现有的技术中，倾角传感器在工程领域中具有广泛的用途，典型的应用如桥梁、大厦、大坝等都要经常监测它们相对于铅垂线的倾斜角度，以监测建筑物的安全程度。目前，倾角传感器从工作原理上可分为气体摆式、液体摆式、固体摆式三种。气体摆式倾斜角传感器是针对现有摆式倾斜角传感器的缺点提出来的。气体摆式倾斜角传感器的敏感质量是气体。气体是密封腔体内的唯一运动体，它的质量较小，在大冲击或高过载时产生的惯性力也很小，所以具有较强的抗振动或冲击能力。液体摆式倾角传感器系统稳定，在高精度系统中，应用较为广泛，但是液体摆式倾角传感器存在动态范围窄，动态响应频率低等缺点，对测量环境要求也较高。固体摆倾角传感器有明确的摆长和摆心，而在实用中产品类型较多为电磁摆式，其产品测量范围、精度及抗过载能力较高，在工程中应用也较为广泛，但易受电磁干扰，且在连续性、实时性和测量灵敏度等方面也越来越难以满足现今的监测要求。现有的光纤光栅倾角传感器由于测量精度低、寿命短、体积大等缺点难以应用于桥梁结构的变形监测。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供了一种采用激光位移传感器设计的倾角传感器。
本发明包括支架、摆杆、摆锤、激光位移传感器、电路部分、反射平面，所述激光位移传感器和电路部分设置在摆杆的中部，所述反射平面固定在摆杆的中部，所述摆杆、摆锤固定在支架上，所述支架也能够是三维框架，其上还能够带有横梁或横臂，所述激光位移传感器为650nm波长的具有正反射功能的传感器。当倾斜时摆锤带动摆杆转动一个角度时，激光发射器发射的激光遇到摆杆中部的反射平面上时发生发射，激光位移传 感器接收到反射的位移信号，通过这两次位移信号的差除以设定的杆长，经反正切变换就得到倾斜角。
本发明的电路部分包括：与激光位移传感器连接的放大器单元、显示模块和通信单元，通信单元能够与外部的无线传输设备相连并且发送信号，能够很方便的长期监控。
本发明所述的激光位移传感器采用650nm波长的型号为ZX-LD30VL的激光传感器，以三角测距法进行检测，所述的激光位移传感器的受光元件使用光电探测器件PSD(Position Sensitive Device)；光源发出的光通过透镜进行聚光，并照射到物体上。物体发出的反射光通过受光透镜集中到一维的位置检测元件即光电探测器件上。如果物体的位置距离发生变化，则光电探测器件上的成像位置也不同，光电探测器件的两个输出平衡会再次发生变化。利用这一特性将该相对距离的相对变化检测出来，从而实现对于倾角的测量。光电探测器件PSD具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点，其工作原理是基于横向光电效应。是一种光能与位置的转换器件，由于位置量为模拟量输出，系统响应快，分辨率高，成本低，可以显著提高系统的抗干扰能力，从而实现高速、高精度、抗干扰能力强的位置检测。
本发明利用检测垂摆的摆动距离，来测量对象物的倾斜角度，结构简单、操作方便、不受电磁场影响、可以实时的测量和调整精度，稳定性好，不受温度变化的影响，操作方便，测量精度高，分辨率能够达到0.5弧秒，大大提高了工程检测系统的实用性和精度，降低了系统的复杂性和设计成本。采用圆柱轴承和T型结构，可以使测量准确度更高；具有较强的实用价值和现实意义。
附图说明
图1为本发明所述一种采用激光位移传感器设计的倾角传感器的具体结构示意图。
其中，图a为主视图，图b为侧视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明加以说明。如图1所示，本发明的包括支架1、摆杆3、摆锤2、激光位移传感器5、电路部分4、反射平面6，激光位移传感器5和电路部分4设置在摆杆3的中部，反射平面6固定在摆杆3的中部，摆杆3、摆锤2固定在支架1上，支架1也能够是三维框架，其上还能够带有横梁或横臂，激光位移传感器5为650nm波长的具有正反射功能的传感器。当倾斜时摆锤2带动摆杆3转动一个角度时，激光发射器发射的激光遇到摆杆3中部的反射平面6上时发生发射，激光位移传感器5接收到反射的位移信号，通过这两次位移信号的差除以设定的杆长，经反正切变换就得到倾斜角。
本发明的电路部分4包括：与激光位移传感器5连接的放大器单元、显示模块和通信单元，通信单元可以与外部的无线传输设备相连并且发送信号，可以很方便的长期监控。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种采用激光位移传感器设计的倾角传感器，其特征在于：包括支架、摆杆、摆锤、激光位移传感器、电路部分、反射平面，所述激光位移传感器和电路部分设置在摆杆的中部，所述反射平面固定在摆杆的中部，所述摆杆、摆锤固定在支架上。
2.根据权利要求1所述的一种采用激光位移传感器设计的倾角传感器，其特征在于，所述支架为带有横梁或横臂的三维框架。
3.根据权利要求1所述的一种采用激光位移传感器设计的倾角传感器，其特征在于，所述激光位移传感器为650nm波长的具有正反射功能的传感器。
4.根据权利要求1所述的一种采用激光位移传感器设计的倾角传感器，其特征在于，所述电路部分包括：与激光位移传感器连接的放大器单元、显示模块和通信单元。
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