CN105509715A - 二轴倾斜传感器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二轴倾斜传感器及其使用方法，包括基板，基板的一侧设置有传感器壳体，传感器壳体的内部倾斜设置有分光片，分光片的上部水平设置有成像透镜，成像透镜的上部设置有圆水准器；传感器壳体的底部水平设置有第一接收器，传感器壳体的下部的内侧壁上竖直设置有第二接收器，第一接收器以及第二接收器分别位于成像透镜的成像面上；传感器壳体的顶部设置有光源；还包括设置在传感器壳体的外侧壁上的解算控制器，光源发出光线，光线经过圆水准器后，进入成像透镜，再经分光片将光线分解为不同方向的两束光线，两束光线分别在第一接收器以及第二接收器上形成两条识别线，并被输入解算控制器，由解算控制器计算出倾斜角度。

Description

二轴倾斜传感器及其使用方法

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及二轴倾斜传感器及其使用方法。

背景技术

二轴倾斜传感器，是广泛使用在大地测量仪器、角度量仪以及需要高精度水平度的自动安平装置中的角度测量仪器，通常由透射式圆水准器、成像光路以及感光电路组成，以便于数字信号检测圆水准器的气泡的位置来感知水平度。

倾斜传感器是使用暗场条纹让出射光平行通过，使其透过反射镜让暗场条纹转向，其透光容器使透过反射镜转向的条纹反射，使其条纹成像并通过感光装置感光，再计算其倾角。其典型代表是日本TOPCON，在全站仪中使用此倾斜传感器，专利申请号为：97110370.4，公开号为：CN1167907。此方法对暗场条纹的配置要求高，其条纹中心线需等距配置，条纹宽度需沿正交方向变化地配置，且需通过两种不同的方法来求X轴和Y轴方向的倾角，其成本高，装置复杂，且计算较复杂。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种具有高分辨率的二轴倾斜传感器及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：二轴倾斜传感器，包括传感器壳体，所述传感器壳体的内部倾斜设置有分光片，分光片的上部水平设置有成像透镜，成像透镜的上部设置有圆水准器；传感器壳体的底部水平设置有第一接收器，传感器壳体的下部的内侧壁上竖直设置有第二接收器，第一接收器以及第二接收器分别位于成像透镜的成像面上；传感器壳体的顶部设置有光源，分光片的中心以及成像透镜的中心均位于圆水准器的轴线上；还包括设置在传感器壳体的外侧壁上的解算控制器，第一接收器以及第二接收器分别与解算控制器相连。

光源发出光线，光线经过圆水准器后，经过成像透镜，再经过分光片，将光线分解为不同方向的两束光线，两束光线分别在第一接收器以及第二接收器上形成两条识别线，经第一接收器以及第二接收器识别后输出波形分别进入解算控制器，由解算控制器解算出两条识别线的位置。

进一步的是：所述第一接收器的中心位于圆水准器的轴线上，第一接收器包括垂直设置的第一接收器组以及第二接收器组，第一接收器组包括2个接收器，第二接收器组包括2个接收器；所述圆水准器的轴线与分光片的光线接收面的交点位于第二接收器的中心线上，第二接收器包括垂直设置的第三接收器组以及第四接收器组，第三接收器组包括2个接收器，第四接收器组包括2个接收器。

进一步的是：所述光源由二极管构成，光源的下方水平设置有扩散片。

进一步的是：所述分光片与第一接收器之间的角度为45度；分光片与第二接收器之间的角度为45度。

进一步的是：所述圆水准器的包括水准器壳体，水准器壳体的顶部设置有上玻璃隔层，水准器壳体的底部设置有下玻璃隔层，水准器壳体内设置有透明液体，透明液体的上部有气泡，所述上玻璃隔层的内表面呈圆弧球面。

进一步的是：还包括基板，基板和传感器壳体的接触面上设置有曲率相同的圆弧。

本发明还提供了二轴倾斜传感器的使用方法，包括二轴倾斜传感器，所述方法包括以下步骤：

a)将二轴倾斜传感器安装在需要测量倾斜角度的目标装置上；

b)光源发出光线，光线经过圆水准仪后，经过分光片分光，在第一接收器以及第二接收器上分别形成两条识别线；

c)第一接收器以及第二接收器分别将两条识别线的位置信息传输给控制器；

d)解算控制器对两条识别线的位置信息的数据进行处理，计算出目标装置的倾斜角度。

本发明有益效果是：光源发出光线，光线经过圆水准器后，经过成像透镜，再经过分光片，将光线分解为不同方向的两束光线，两束光线分别在第一接收器以及第二接收器上形成两条识别线，经第一接收器以及第二接收器识别后输出波形分别进入解算控制器，由解算控制器解算出两条识别线的位置，完成对气泡二维位置信息的采集；当二轴倾斜传感器倾斜时，解算控制器通过计算气泡前后的位置差异计算出二轴倾斜传感器的倾斜角度，数据采集方便，且计算精确。

附图说明

图1为二轴倾斜传感器结构示意图；

图2为二轴倾斜传感器原理示意图；

图中标记为：基板1，传感器壳体2，分光片3，圆水准器4，水准器壳体41，上玻璃隔层42，下玻璃隔层43，扩散片5，气泡6，光源7，解算控制器8，成像透镜9，第二接收器10，第一接收器11。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步加以说明。

如图1所示，二轴倾斜传感器，包括传感器壳体2，所述传感器壳体2的内部倾斜设置有分光片3，分光片3的上部水平设置有成像透镜9，成像透镜9的上部设置有圆水准器4；传感器壳体2的底部水平设置有第一接收器11，传感器壳体2的下部的内侧壁上竖直设置有第二接收器10，第一接收器11以及第二接收器10分别位于成像透镜8的成像面上；传感器壳体2的顶部设置有光源7，分光片3的中心以及成像透镜8的中心均位于圆水准器4的轴线上；还包括设置在传感器壳体2的外侧壁上的解算控制器8，第一接收器11以及第二接收器10分别与解算控制器8相连；光源7发出光线，光线经过圆水准器4后，经过成像透镜9，再经过分光片3，将光线分解为不同方向的两束光线，两束光线分别在第一接收器11以及第二接收器10上形成两条识别线，经第一接收器11以及第二接收器10识别后输出波形分别进入解算控制器8，由解算控制器8解算出两条识别线的位置。

所述第一接收器11的中心位于圆水准器4的轴线上，第一接收器11包括垂直设置的第一接收器组以及第二接收器组，第一接收器组包括2个接收器，第二接收器组包括2个接收器；所述圆水准器4的轴线与分光片3的光线接收面的交点位于第二接收器10的中心线上，第二接收器10包括垂直设置的第三接收器组以及第四接收器组，第三接收器组包括2个接收器，第四接收器组包括2个接收器；接收器可以是硅光电池或者光敏器件，相对的2个接收器为一组，接收器以圆水准器4的中心为轴线，沿纵向和横向排列，形成第一接收器，4个接收器将检测到的光照度信号输入解算控制器8进行解算；当传感器水平时，第一接收器11以及第二接收器10的四个接收器接收到的的光照度是相同的，当传感器倾斜时，气泡随之移动，4个接收器接收的光照度产生差异，设置4个接收器，可以准确接收到光照度的差异，测量更加精确。

所述光源7由二极管构成，光源7的下方水平设置有扩散片5，扩散片5位于圆水准器4的上表面，扩散片5用于扩散片5，用于提供一个均匀的光线。

所述分光片3与第一接收器11之间的角度为45度；分光片3与第二接收器10之间的角度为45度；第一接收器11以及第二接收器10在空间成垂直关系。

所述圆水准器4的包括水准器壳体41，水准器壳体41的顶部设置有上玻璃隔层42，水准器壳体41的底部设置有下玻璃隔层43，水准器壳体41内设置有透明液体，透明液体的上部有气泡6，所述上玻璃隔层42的内表面呈圆弧球面；圆水准器4内的气泡6为一个中间透明边缘不透明的圆环，此圆环通过成像透镜9成像到第一接收器11以及第二接收器10上，在第一接收器11以及第二接收器10上分别形成两条识别线，第一接收器11以及第二接收器10的输出波形进入解算控制器8，由解算控制器8解算出两条识别线的位置，得到两维的位置信息，完成对气泡二维位置信息的采集。

还包括基板1，基板1和传感器壳体2的接触面上设置有曲率相同的圆弧；可通过基板1将二轴倾斜传感器固定在目标装置上，传感器壳体2与基板1通过弧形球面接触，可方便调整传感器壳体2的水平度。

二轴倾斜传感器的使用方法，包括二轴倾斜传感器，所述方法包括以下步骤：

a)将二轴倾斜传感器安装在需要测量倾斜角度的目标装置上；

b)光源7发出光线，光线经过圆水准仪4后，经过分光片3分光，在第一接收器11以及第二接收器10上分别形成两条识别线；

c)第一接收器11以及第二接收器10分别将两条识别线的位置信息传输给解算控制器8；

d)解算控制器8对两条识别线的位置信息的数据进行处理，计算出目标装置的倾斜角度。

如图2所示，二轴倾斜传感器原理如下：

气泡6的上面有内凹球面，

$\mathrm{\α}=206265\frac{\mathrm{\δ}}{\mathrm{\γ}}$

式中：α为二轴倾斜传感器的倾斜角度，单位为度；

δ为气泡偏移的距离，单位为毫米；

γ为球面半径，单位为毫米。

其中，γ为已知量，只要测出δ，就能计算出α。

本发明的二轴倾斜传感器是将气泡边缘通过成像透镜9成像到第一接收器11以及第二接收器10上，由第一接收器11以及第二接收器读取分别读取两个方向的δ，用于计算两个方向上倾斜的角度。

本发明的二轴倾斜传感器，光源发出光线，光线经过圆水准器后，经过成像透镜，再经过分光片，将光线分解为不同方向的两束光线，两束光线分别在第一接收器以及第二接收器上形成两条识别线，经第一接收器以及第二接收器识别后输出波形分别进入解算控制器，由解算控制器解算出两条识别线的位置，完成对气泡二维位置信息的采集；当二轴倾斜传感器倾斜时，解算控制器通过计算气泡前后的位置差异计算出二轴倾斜传感器的倾斜角度，数据采集方便，且计算精确。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.二轴倾斜传感器，包括传感器壳体，其特征在于：所述传感器壳体的内部倾斜设置有分光片，分光片的上部水平设置有成像透镜，成像透镜的上部设置有圆水准器；传感器壳体的底部水平设置有第一接收器，传感器壳体的下部的内侧壁上竖直设置有第二接收器，第一接收器以及第二接收器分别位于成像透镜的成像面上；传感器壳体的顶部设置有光源，分光片的中心以及成像透镜的中心均位于圆水准器的轴线上；还包括设置在传感器壳体的外侧壁上的解算控制器，第一接收器以及第二接收器分别与解算控制器相连。

2.如权利要求1所述的二轴倾斜传感器，其特征在于：所述第一接收器的中心位于圆水准器的轴线上，第一接收器包括垂直设置的第一接收器组以及第二接收器组，第一接收器组包括2个接收器，第二接收器组包括2个接收器；所述圆水准器的轴线与分光片的光线接收面的交点位于第二接收器的中心线上，第二接收器包括垂直设置的第三接收器组以及第四接收器组，第三接收器组包括2个接收器，第四接收器组包括2个接收器。

3.如权利要求1所述的二轴倾斜传感器，其特征在于：所述光源由二极管构成，光源的下方水平设置有扩散片。

4.如权利要求1所述的二轴倾斜传感器，其特征在于：所述分光片与第一接收器之间的角度为45度；分光片与第二接收器之间的角度为45度。

5.如权利要求1所述的二轴倾斜传感器，其特征在于：所述圆水准器的包括水准器壳体，水准器壳体的顶部设置有上玻璃隔层，水准器壳体的底部设置有下玻璃隔层，水准器壳体内设置有透明液体，透明液体的上部有气泡，所述上玻璃隔层的内表面呈圆弧球面。

6.如权利要求1所述的二轴倾斜传感器，其特征在于：还包括基板，基板和传感器壳体的接触面上设置有曲率相同的圆弧。

7.二轴倾斜传感器的使用方法，其特征在于：包括如权利要求1～6所述的任一二轴倾斜传感器，所述方法包括以下步骤：

a)将二轴倾斜传感器安装在需要测量倾斜角度的目标装置上；

b)光源发出光线，光线经过圆水准仪后，经过分光片分光，在第一接收器以及第二接收器上分别形成两条识别线；

c)第一接收器以及第二接收器分别将两条识别线的位置信息传输给控制器；

d)解算控制器对两条识别线的位置信息的数据进行处理，计算出目标装置的倾斜角度。