CN105333862A - 测量水准泡气泡位置的设备和方法及包含该设备的水准泡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量水准泡气泡位置的设备和方法及包含该设备的水准泡。水准泡包括圆柱形的密封壳体，密封壳体内部分充有液体并且留有气泡。该设备包括：至少两个发光装置，每个发光装置发出的光线照射到气泡以及水准泡的内底面；以及至少两个接收装置，每个接收装置接收经水准泡的内底面反射以及经气泡反射和折射的光线并将其转换成电信号，电信号经处理后用于计算气泡的位置，其中，至少两个发光装置的每一个与至少两个接收装置的每一个交替布置于圆柱形的密封壳体的四周。

Description

测量水准泡气泡位置的设备和方法及包含该设备的水准泡

技术领域

本发明涉及用于测量水准泡气泡位置的设备、方法及包含该设备的水准泡，尤其涉及用于衡器领域的测量水准泡气泡位置的设备、方法。

背景技术

很多仪器设备必须在水平的状态下才能正常工作，例如基于重力法工作的电子天平(称量仪器)，当天平倾斜时，就会有误差，天平越倾斜，误差越大。为了保持一定的精度，天平必须保持在一定的水平范围以内。因此天平都配有水平泡(水准泡)，以及可调脚。水准泡包括密封壳体，内有液体，且液体不充满，留有气泡，壳体的上方是透明的，其内壁是大半径的曲面，当装置水平时，气泡位于中间；当电子天平倾斜时，气泡位置就会向高的一方偏移，用户通过壳体上方的透明窗可以观察电子天平的水平状态。用户一边观察电子天平上的水准泡气泡位置，一边调节可调脚的高低(通常是通过旋转螺纹实现)，使气泡位于水准泡的中间。

水准泡的透明窗上通常表有一个标识圈，如果气泡的边沿跑出这个标识圈，表示水平状态已超出容许范围，称量的误差太大，结果会不可靠，用户必须调节水平状态，使气泡回到标识圈以内(且最好回到正中间)。

大家知道，三点确定一个平面。所以需要调节水平的装置(例如电子天平)通常有三个支撑点(三个脚)，其中一个固定，另两个脚是可调的。然而对于不熟练的用户，根据气泡位置来调节两个脚的高低来调节水平状态并不容易，由于三角形的关系，当一只脚的高低调节时，气泡是走斜线方向移动的。所以用户常觉得不便。

因此，也有人想到用电机控制调节脚自动调节水平的装置；或者如果气泡跑出了标识圈，就给予报警，并根据气泡位置的方位，给用户提示如何转动两个调节脚，来调整水平；或者根据倾斜状态与称量误差有一定的关系，当知道倾斜角时，对称量结果进行修正，使称量结果更精确。所有这些，或者其它原因，现在都希望能得到水平状态(倾斜状态)的电子化(数值化)结果。电机控制系统只有得到了水平状态的电信号(或数据)才能确定如何来调节。例如，有一种监控天平工作状态的设备(详见CN100362326C)，提出如何将电子式倾斜度传感器用于工作状态报警、干涉后续称量、启动自动校准、启动调平导向器等等。

现有技术中有许多测量水平状态的方法和装置。

现有技术中有一种气泡电位式水平传感器(详见CN202204509U)，气泡位置不同，各电极得到的电位不同，所以从各电极的电位可以推算出气泡的位置。但是密闭容器内的充有液体必须是导电的，而且电极插入到水平泡内，加工工艺复杂，成本高，电极也会干扰用户观察气泡的位置。

现有技术中还有一种电子天平的对准的方法和设备(详见CN1645070A，US7325321B2)，倾斜传感器是气泡式水平仪，提及发光装置是从水准泡的顶部向下发射，在水准泡的下方至少安装三个接收装置。但是安装在顶部的发光装置一定程度上影响用户观察气泡。

现有技术中还有一种具有电子倾斜传感器的天平(详见DE3234372A1)，倾斜传感器是气泡式水平仪，提及发光装置是从水准泡的底部向上发射，在水准泡的上方安装接收装置。但是安装在上方的接收装置严重影响用户观察气泡。

现有技术中还有一种具有气泡水平仪的装置(详见JP58033114)，具有位于一侧的一个发光元件，和位于另一侧的多个光学传感器。该装置有一个透明的立方体，一个发光元件装在该立方体的一侧，多个光学传感器装在该立方体的另一侧。由于立方体的结构，该种气泡水平仪对二维的水平状态是不合适的。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述缺陷，提供了一种在以电子方式或者光电方式测量水准泡水平状态的同时，能让用户清晰看到气泡及其位置的测量水准泡气泡位置的设备、方法及包含该设备的水准泡。

根据本发明一方面，提供了一种测量水准泡气泡位置的设备，水准泡包括圆柱形的密封壳体，密封壳体内部分充有液体并且留有气泡，设备包括：至少两个发光装置，每个发光装置发出的光线照射到气泡以及水准泡的内底面；以及至少两个接收装置，每个接收装置接收经水准泡的内底面反射以及经气泡反射和折射的光线并将其转换成电信号，电信号经处理后用于计算气泡的位置，其中，至少两个发光装置的每一个与至少两个接收装置的每一个交替布置于圆柱形的密封壳体的四周。

根据本发明一方面，所述设备还包括：一配光件，所述配光件阻挡所述发光装置发出的部分光线使它们不能直接照射到相邻的接收装置上，使所述发光装置发出的光线尽可能多地直接照射到所述气泡上和周围，并且使所述接收装置尽可能多地接收到来自所述气泡表面及周围的光线。

根据本发明一方面，壳体四周是透明的。

根据本发明一方面，壳体四周是不透明的，至少两个发光装置的每一个与至少两个接收装置的每一个交替布置于圆柱形的密封壳体上方的四周。

根据本发明一方面，设备包括以下的任一情况：两个发光装置和两个接收装置；三个发光装置和三个接收装置；四个发光装置和四个接收装置；五个发光装置和五个接收装置；或六个发光装置和六个接收装置。

根据本发明一方面，各发光装置之间和各接收装置之间尽量等距布置。

根据本发明一方面，在各发光装置点亮时记录各接收装置的信号，最终在各发光装置都点亮过一次后得到发光装置数(M)乘以接收装置数(N)个信号Uij(i＝1到M，j＝1到N)，信号Uij用来计算气泡的位置。

根据本发明一方面，定义一个气泡参考位置，并且记录当气泡位于气泡参考位置时各接收装置的信号U0ij(其中i＝1到M，j＝1到N)，通过信号Uij(其中i＝1到M，j＝1到N)与U0ij(其中i＝1到M，j＝1到N)之差计算气泡的位置。

根据本发明一方面，每个发光装置是发光二极管，各发光装置通过脉冲式依次点亮来发光。

根据本发明一方面，光是可见光或红外光。

根据本发明一方面，每个接收装置是光电二极管或光电三极管。

本发明还提供了一种包含上述设备的水准泡。

本发明还提供了一种测量水准泡气泡位置的方法，水准泡包括圆柱形的密封壳体，密封壳体内部分充有液体并且留有气泡，包括：将至少两个发光装置与至少两个接收装置交替布置于圆柱形的密封壳体的四周；在各发光装置点亮时记录各接收装置的信号，最终在各发光装置都点亮过一次后得到发光装置数(M)乘以接收装置数(N)个信号Uij(i＝1到M，j＝1到N)；以及使用信号Uij来计算气泡的位置。

根据本发明一方面，该方法还包括：定义一个气泡参考位置并且记录当气泡位于气泡参考位置时各接收装置的信号U0ij(其中i＝1到M，j＝1到N)；以及通过信号Uij(其中i＝1到M，j＝1到N)与U0ij(其中i＝1到M，j＝1到N)之差计算气泡的位置。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1(a)示出根据本发明第一实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。

图1(b)示出根据本发明第一实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的侧向剖面示意图。

图1(c)示出根据本发明第二实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。

图2示出根据本发明第三实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。

图3示出根据本发明第四实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。

图4示出根据本发明第五实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。

图5(a)示出根据本发明实施例的装有配光器的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。

图5(b)示出根据本发明实施例的配光器的遮光效果的横向剖面示意图。

图6示出根据本发明实施例的测量水准泡气泡位置的设备与相关电路连接的示意图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。

本发明提供了一种测量水准泡气泡位置的设备，水准泡包括圆柱形的密封壳体，密封壳体内部分充有液体并且留有气泡，设备包括：至少两个发光装置以及至少两个接收装置。每个发光装置发出的光线照射到气泡以及水准泡的内底面。每个接收装置接收经水准泡的内底面反射以及经气泡反射和折射的光线并将其转换成电信号，电信号经处理后用于计算气泡的位置。

当壳体四周透明时，至少两个发光装置的每一个与至少两个接收装置的每一个交替布置于圆柱形的密封壳体的四周。

当壳体四周不透明时，至少两个发光装置的每一个与至少两个接收装置的每一个交替布置于圆柱形的密封壳体上方的四周。

采用至少两个发光装置和至少两个接收装置尽量均匀、交替布置在四周的好处在于：本发明的方法和装置把最有利的观察位置(正中间的上方)让给了用户，而仅在壳体四周进行气泡位置测量，因此如果只有一个发光装置，或只有一个接收装置，能得到的信号数太少，性能会极差，不太实用。通过采用至少两个发光装置和至少两个接收装置尽量均匀、交替布置，结合合理的算法(例如最小二乘法等)，通常装置数越多，精度越高，各方向灵敏度越一致，性能越好。

图1(a)示出根据本发明第一实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。图1(b)示出根据本发明第一实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的侧向剖面示意图。

根据本发明第一实施例，提供了一种测量水准泡气泡位置的设备100，水准泡包括圆柱形的密封壳体102，密封壳体102内部分充有液体104并且留有气泡106，设备100包括：两个发光装置D1和D2以及两个接收装置Q1和Q2。每个发光装置D1、D2发出的光线照射到气泡106以及水准泡的内底面112。每个接收装置Q1、Q2接收经水准泡的内底面112反射以及经气泡106反射和折射的光线并将其转换成电信号，电信号经处理后用于计算气泡106的位置。

在又一个实施例中，壳体102四周是不透明的，两个发光装置D1和D2的每一个与两个接收装置Q1和Q2的每一个交替布置于圆柱形的密封壳体102上方的四周，例如以图示顺时针方向依次为接收装置Q1、发光装置D1、接收装置Q2、发光装置D2。此时，用户可以通过水准泡壳体102上方的透明窗108，从中间部位清晰地看到气泡106及其位置。

在一个实施例中，壳体102四周是透明的，两个发光装置D1和D2的每一个与两个接收装置Q1和Q2的每一个交替布置于圆柱形的密封壳体102的四周(图中未示出)，例如以顺时针方向依次为接收装置Q1、发光装置D1、接收装置Q2、发光装置D2。发光装置D1、D2和接收装置Q1、Q2都必须有较好的指向性，并且主要指向气泡106及其附近。

两个发光装置D1和D2和两个接收装置交替分别90度布置是比较简洁的。每当气泡106位于一定的位置时，可以得到四个光电信号(或AD转换后的数值)。就是说第一发光装置(D1)点亮时，分别得到两个光电信号(或数值)(U11，U12)；第二发光装置(D2)点亮时，又分别得到两个光电信号(或数值)(U21，U22)。当气泡106在不同位置时，这四个光电信号是不同的。可以事先记录下当气泡106在不同位置时，这四个光电信号。以后使用时，根据测得的四个光电信号，去匹配事先记录的数值。从而算得当前气泡位置，或者确定气泡106是否跑出标识圈110。也可以事先记录下当气泡106在不同位置时，这四个光电信号。然后根据常用的数学建模方法，建立四个光电信号与气泡位置(X，Y)或四个光电信号与气泡106离中心的距离(R)的经验公式。以后使用时，根据测得的四个光电信号，直接算得当前气泡位置(X，Y)，或者确定气泡106是否跑出标识圈110。

例如得到数值Uij，i＝1，2，j＝1，2，

X＝Kx11*U11+Kx12*U12+Kx21*U21+Kx22*U22

Y＝Ky11*U11+Ky12*U12+Ky21*U21+Ky22*U22

或者：事先测量并记录下气泡106位于某个参考位置时(例如正中心时)的信号数值U0ij，在测量时用当时测量得到的信号数值(Uij)与事先记录的气泡106位于正中心时的信号数值(U0ij)的差值来计算气泡位置，可以提高精度，减少温度漂移的影响。

X＝Kx11*(U11-U011)+Kx12*(U12-U012)+Kx21*(U21-U021)+Kx22*(U22-U022)

Y＝Ky11*(U11-U011)+Ky12*(U12-U012)+Ky21*(U21-U021)+Ky22*(U22-U022)

R＝SQRT(X*X+Y*Y)

其中：

U0ij，i＝1，2，j＝1，2，是气泡106位于正中心时的四个电压值，是事先测量记录下来的。

Kxij(其中i＝1，2；j＝1，2)的意义是当气泡位置在x方向偏移1mm时Uij变化1/Kxij伏，Kyij(其中i＝1，2；j＝1，2)的意义是当气泡位置在y方向偏移1mm时Uij变化1/Kyij伏。它们可以根据试验和最小二乘法等方法得到。

由于各装置在水平泡四周布置的对称性，即D1与D2互为对称位置，Q1与Q2互为对称位置，又由于D1-D2是同一种装置，性能比较一致；Q1-Q2是同一种装置，性能比较一致；因此，最后总能得到

Kx11～＝-Kx22

Kx12～＝-Kx21

Ky11～＝-Ky22

Ky12～＝-Ky21

所以

X＝Kx1*(U11-U011-U22+U022))+Kx2*(U12-U012-U21+U021)

Y＝Ky1*(U11-U011-U22+U022))+Ky2*(U12-U012-U21+U021)

由于同种装置的温度漂移比较一致，U11-U22将使二者的温度漂移相互抵消。U12-U21将使二者的温度漂移相互抵消。所以本发明的方法能得到很稳定的结果。

在一实施例中，每个所述发光装置是发光二极管，各发光装置通过脉冲式依次点亮来发光。

在一实施例中，所述光是可见光或红外光。可见光的好处是，在光电方式测量气泡位置的同时，还可以照亮水准泡，使用户看得更清楚，弱点是，容易受环境光的干扰，功耗也较大，成本高。红外光是常用的，它不会干扰人们的视线，也较少受环境光的影响，红外装置的功耗较小，成本低。

在一实施例中，每个所述接收装置是光电二极管或光电三极管。光电三极管Q灵敏度高，后续电路简单。

在一实施例中，一个发光装置可以和一个接收装置封装在一个器件里。至少二个这样的组合器件尽量均匀布置在水准泡四周。

图1(c)示出根据本发明第二实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。图1(c)与图1(a)的区别仅在于，图1(c)中用光电二极管PD1和PD2来代替光电三极管Q1和Q2作为接收装置使用。使用光电二极管的好处在于响应快且线性好。图1(c)的其余元件及其设置以及计算方式均与图1(a)相同，在此不予赘述。

图2示出根据本发明第三实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。

通常发光装置D1－D4是脉冲发光的，这样瞬态的光强较大，可以比环境干扰光强许多，得到较好的信号。同时因为有多个发光装置D1－D4，应该让它们依次发光，得到高的分辨率。例如四个发光装置和四个接收装置，如果发光装置依次发光，则可以得到16个信号。相反，如果四个发光装置同时发光，则只能得到四个信号，分辨率，精度明显要差很多。虽然电路简单，计算工作量少，仅在要求低的场合才能应用。

四个发光装置D1－D4和四个接收装置Q1－Q4交替分别45度布置是很好的。每当气泡106位于一定的位置时可以得到16个光电信号(或AD转换后的数值)。可以事先记录下当气泡106在不同位置(例如65个位置，R＝0，以及R＝1，2，3，4mm，0-360度之间以22.5度为间隔)时，这16个光电信号。以后使用时，根据新测得的16个光电信号，去匹配事先记录的数值。从而算得当前气泡位置，或者确定气泡106是否跑出标识圈110。也可以事先记录下当气泡106在不同位置时，这16个光电信号。然后根据常用的数学建模方法(例如最小二乘法)，建立16个光电信号与气泡位置(X，Y)或16个光电信号与气泡106离中心的距离(R)经验公式。以后使用时，根据新测得的16个光电信号，直接算得当前气泡位置(X，Y)，或者确定气泡106是否跑出标识圈110。从16个数值计算得到两个数值(X，Y)，或一个数值(R)，结果的抗干扰能力强，精确、可靠，各方向的灵敏度均匀。也由于D1—D4和Q1—Q4在水平泡四周布置的对称性，当气泡位置变化时，Uij与U(i+2)(j+2)(i＝1，2，j＝1，2)一般是相反变化的；Uij与U(i+2)(j-2)(i＝1，2，j＝3，4)一般是相反变化的。

则

Kxij～＝-Kx(i+2)(j+2)，(i＝1，2，j＝1，2)

Kxij～＝-Kx(i+2)(j-2)，(i＝1，2，j＝3，4)

以及

Kyij～＝-Ky(i+2)(j+2)，(i＝1，2，j＝1，2)

Kyij～＝-Ky(i+2)(j-2)，(i＝1，2，j＝3，4)

所以最后装置的温度漂移也能相互抵消。由于有更多的数值参与计算，在计算中有用信号得到加强，温度漂移相互抵消。所以结果更稳定，精度更高。

尽管图中未示出，本领域的普通技术人员也可以构想到，在某一其他实施例中，三个发光装置和三个接收装置交替分别60度布置也是较好的。每当气泡106位于一定的位置时可以得到九个光电信号(或AD转换后的数值)。只是数学建模时比较复杂一些，因为各夹角是60度的，不是90度的，不能与X、Y轴同时重合。

同理，本领域的普通技术人员也可以构想到，在某一其他实施例中，五个发光装置和五个接收装置交替分别布置在水准泡四周也是很好的。每当气泡106位于一定的位置时可以得到二十五个光电信号(或AD转换后的数值)，精度更高。只是数学建模时比较复杂一些，成本高些。

同理，本领域的普通技术人员也可以构想到，在某一其他实施例中，六个发光装置和六个接收装置交替分别布置在水准泡四周。每当气泡106位于一定的位置时可以得到三十六个光电信号(或AD转换后的数值)，精度更高，尤其对水准泡直径较大时适用。只是数学建模时跟复杂一些，成本很高。

图3示出根据本发明第四实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。如图3所示，在精度要求稍低时，三个发光装置和四个接收装置交替分别45度布置也是可行的。其中某45度角的位置没有发光装置。换句话说，多个发光装置和接收装置尽量交替均匀布置较好，但不是一定完全要均匀布置才行。和前述的实施例相比，计算方式会复杂些，但对于本领域的普通技术人员来说，在参考本发明的前述公开内容之后，也是可以想到的。

图4示出根据本发明第五实施例的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。图4与图3的区别仅在于，图4中将可见光发光装置放置于图3中45度角未放置发光装置的位置处，用于照明水准泡或用于报警。该可见光发光装置不参加气泡位置测量。图4的其余元件及其设置以及计算方式均与图3相同，在此不予赘述。

图5(a)示出根据本发明实施例的装有配光器的测量水准泡气泡位置的设备及包含该设备的水准泡的立体示意图。图5(b)示出根据本发明实施例的配光器的遮光效果的横向剖面示意图。

用配光件500遮挡无用光，把光线导向气泡106及气泡106附近。用户通过水准泡的顶部透明窗108仍然能清晰地看到气泡106及其位置。

配光件500一方面阻挡发光装置发出的部分光线使它们不能直接照射到相邻的接收装置上(由图5(a)和图5(b)的附图标记504所示)。另一方面留出光路，即导光缺口506，使尽量多的发光装置发出的光线能直接照射到气泡106和气泡106周围，以及接收装置能接受到尽量多的来自气泡106表面及附近的光线；该配光件500也隔离环境光的影响(由图5(a)和图5(b)的附图标记502所示)。

配光件500能优化光路，提高性能，减少无效光线的影响，有效信号增强，得到精度高，稳定的结果。为了方便安装发光装置和接收装置(由图5(a)的附图标记508所示)，散射角较大(例如+－70度)的小型的发光装置和接收装置可以水平安装，光轴向下，配光件500可以将无效的光线挡住，导光缺口506保留有效的光线通过(利用装置散射角较大的特点)，可以得到很好的效果。因为光轴向前的散射角较大的小型的发光装置或接收装置508是市场常用的，成本很低。本发明的装置需附加的高度很小，所以更不会干扰用户观察气泡位置，这也是本发明的优点之一。

然而如果性能要求不是极高，或者，发光装置和接收装置本身有很好的指向性，且正好指向气泡106的位置，则配光件500也不是必须的。

从理论上看，视乎发光装置和接收装置的光轴向下并向气泡106方向偏约45度较好。只可惜市场上很少有这样的装置，或者只能定制，成本很高。

图6示出根据本发明实施例的测量水准泡气泡位置的设备与相关电路连接的示意图。如图6所示，从一微处理器MCU602发出使发光装置D1到DM依次点亮的信号，并且到开关驱动电路Id使发光装置D1到DM依次点亮。从各接收装置Q1到模数转换器AD之间可以插入各种调理电路604，例如滤波，放大等，这对本领域普通技术人员来说是常见的。MCU用模数转换器AD的结果计算出气泡的偏移位置(X，Y)，或离中心的距离(R)等，用于水平状态的显示、报警、水准控制系统的反馈输入，或者实现称量系统的修正等功能。

本发明涉及一种测量水准泡气泡位置的设备和方法及包含该设备的水准泡，用于天平的倾斜报警或气泡位置显示(可用于指导用户方便地把天平调到水平状态)；水准自动调节系统的反馈输入，或者称量值的修正等。同时保证用户仍然能清晰地看到原来的物理水准泡的气泡以及位置。为天平带来良好的用户体验和方便使用。并且结构简单，成本低，结果可靠，精度高。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (14)

1.一种测量水准泡气泡位置的设备，所述水准泡包括圆柱形的密封壳体，所述密封壳体内部分充有液体并且留有气泡，所述设备包括：

至少两个发光装置，每个发光装置发出的光线照射到所述气泡以及所述水准泡的内底面；以及

至少两个接收装置，每个接收装置接收经所述水准泡的内底面反射以及经所述气泡反射和折射的光线并将其转换成电信号，所述电信号经处理后用于计算所述气泡的位置，

其中，

所述至少两个发光装置的每一个与所述至少两个接收装置的每一个交替布置于所述圆柱形的密封壳体的四周。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

一配光件，所述配光件阻挡所述发光装置发出的部分光线使它们不能直接照射到相邻的接收装置上，使所述发光装置发出的光线尽可能多地直接照射到所述气泡上和周围，并且使所述接收装置尽可能多地接收到来自所述气泡表面及周围的光线。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述壳体四周是透明的。

4.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述壳体四周是不透明的，所述至少两个发光装置的每一个与所述至少两个接收装置的每一个交替布置于所述圆柱形的密封壳体上方的四周。

5.如权利要求1至4的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括以下的任一情况：

两个发光装置和两个接收装置；

三个发光装置和三个接收装置；

四个发光装置和四个接收装置；

五个发光装置和五个接收装置；或

六个发光装置和六个接收装置。

6.如权利要求1至5的任一项所述的设备，其特征在于，各发光装置之间和各接收装置之间尽量等距布置。

7.如权利要求1至6的任一项所述的设备，其特征在于，在各发光装置点亮时记录各接收装置的信号，最终在各发光装置都点亮过一次后得到发光装置数(M)乘以接收装置数(N)个信号Uij(i＝1到M，j＝1到N)，所述信号Uij用来计算所述气泡的位置。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，定义一个气泡参考位置，并且记录当气泡位于所述气泡参考位置时各接收装置的信号U0ij(其中i＝1到M，j＝1到N)，通过所述信号Uij(其中i＝1到M，j＝1到N)与U0ij(其中i＝1到M，j＝1到N)之差计算所述气泡的位置。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述发光装置是发光二极管，各发光装置通过脉冲式依次点亮来发光。

10.如权利要求10所述的设备，其特征在于，光是可见光或红外光。

11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述接收装置是光电二极管或光电三极管。

12.一种包含如权利要求1－11的任一项所述的设备的水准泡。

13.一种测量水准泡气泡位置的方法，所述水准泡包括圆柱形的密封壳体，所述密封壳体内部分充有液体并且留有气泡，包括：

将至少两个发光装置与至少两个接收装置交替布置于所述圆柱形的密封壳体的四周；

在各发光装置点亮时记录各接收装置的信号，最终在各发光装置都点亮过一次后得到发光装置数(M)乘以接收装置数(N)个信号Uij(i＝1到M，j＝1到N)；以及

使用所述信号Uij来计算所述气泡的位置。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于还包括：

定义一个气泡参考位置并且记录当所述气泡位于所述气泡参考位置时各接收装置的信号U0ij(其中i＝1到M，j＝1到N)；以及

通过所述信号Uij(其中i＝1到M，j＝1到N)与U0ij(其中i＝1到M，j＝1到N)之差计算所述气泡的位置。