CN115615397A

CN115615397A - 一种倾角传感器及倾角检测方法

Info

Publication number: CN115615397A
Application number: CN202211644326.9A
Authority: CN
Inventors: 王渊琛; 李德江; 丁凯波; 赵娜; 刘佳
Original assignee: Shaanxi Yuchen Aviation Equipment Co ltd
Current assignee: Shaanxi Yuchen Aviation Equipment Co ltd
Priority date: 2022-12-21
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2023-01-17

Abstract

本申请公开了一种倾角传感器及倾角检测方法，倾角传感器包括：外壳；压力传感器，设置在外壳的内侧面上；重锤，通过悬挂组件悬挂在外壳的内顶面上，且重锤和压力传感器处在相同的水平高度，外壳倾斜时重锤对压力传感器施加压力，压力传感器产生的压力信号通过信号线缆输出。本申请中的倾角传感器不但结构简单，而且在低温环境下也可以正常工作，具有很高的环境适应性。

Description

一种倾角传感器及倾角检测方法

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，特别涉及一种倾角传感器及倾角检测方法。

背景技术

倾角传感器是用于测量系统相对于水平面的倾角变化量的检测工具，被广泛应用于建筑、道路、汽车、桥梁和航天航海等领域。

普通的倾角传感器通过传感器芯片采集重力加速度在传感器敏感轴上的分量大小，控制单元对芯片传输的脉冲信号进行处理，计算出倾角大小并经过通讯单元输出。但是由于芯片集成化程度高，在温度过低的使用环境下芯片无法正常工作，所以传统的倾角传感器不适用于低温的使用环境。

发明内容

本申请实施例提供了一种倾角传感器及倾角检测方法，用以解决现有技术中的倾角传感器不适用于低温环境的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种倾角传感器，包括：

外壳；

压力传感器，设置在外壳的内侧面上；

重锤，通过悬挂组件悬挂在外壳的内顶面上，且重锤和压力传感器处在相同的水平高度，外壳倾斜时重锤对压力传感器施加压力，压力传感器产生的压力信号通过信号线缆输出。

在一种可能的实现方式中，压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器分别设置在外壳内侧面的两个二等分点上。

在一种可能的实现方式中，压力传感器还包括第三压力传感器和第四压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器分别设置在外壳内侧面的四个四等分点上。

在一种可能的实现方式中，还包括：支撑架，支撑架上设置有与外壳的形状和大小匹配的插槽，外壳插接在插槽中，且通过连接组件固定连接在支撑架上。

在一种可能的实现方式中，支撑架为L型结构，外壳设置在支撑架的竖直板上，支撑架的水平板上设置有安装孔，安装孔用于将支撑架安装在被测物品的表面。

在一种可能的实现方式中，悬挂组件为悬线、悬链和悬杆其中之一。

另一方面，本申请实施例还提供了一种倾角检测方法，包括：

将倾角传感器安装在被测物品的表面；

被测物品发生转动后倾角传感器中的重锤产生相同角度的摆动，并向压力传感器施加与摆动角度相应的压力，压力传感器将产生的压力信号通过信号线缆输出。

本申请中的一种倾角传感器及倾角检测方法，具有以下优点：

1、结构简单。本申请中的倾角传感器仅包括外壳、重锤和多个压力传感器，工作状态稳定可靠。

2、低温环境下可正常工作。本申请中倾角传感器的器件结构对环境温度要求较低，宽温条件下倾角传感器可以正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种倾角传感器的整体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种倾角传感器的纵向剖面图；

图3为本申请实施例提供的一种倾角传感器在倾斜状态下的纵向剖面图；

图4为本申请实施例提供的一种倾角传感器的水平剖面图。

附图标号说明：1-外壳，2-连接组件，3-支撑架，4-信号线缆，5-悬挂组件，6-重锤，701-第一压力传感器，702-第二压力传感器，703-第三压力传感器，704-第四压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1-4为本申请实施例提供的一种倾角传感器的结构示意图。本申请实施例提供了一种倾角传感器，包括：

外壳1；

压力传感器，设置在外壳1的内侧面上；

重锤6，通过悬挂组件5悬挂在外壳1的内顶面上，且重锤6和压力传感器处在相同的水平高度，外壳1倾斜时重锤6对压力传感器施加压力，压力传感器产生的压力信号通过信号线缆4输出。

示例性地，外壳1可以为圆柱或立方柱状的空心壳体，其也可以为封闭或开放式结构，若采用封闭结构，则需要采用可拆卸式的封闭结构，以方便安装以及检修压力传感和重锤6等组件。压力传感器安装完成后，其用于检测压力的侧面朝向外壳1的中心，因此当重锤6发生摆动后能够和压力传感器的检测面接触，进而由压力传感器产生相应的压力信号。

在本申请的实施例中，重锤6为球型结构，在其他实施例中，重锤6也可以采用其他形状，例如椭圆形、柱状等结构。而且，悬挂组件5可以为悬线、悬链和悬杆其中之一。若采用悬杆，则悬杆的两端需要分别和外壳1的内顶面以及重锤6转动连接，且优选为万向转动连接。

在一种可能的实施例中，压力传感器包括第一压力传感器701和第二压力传感器702，第一压力传感器701和第二压力传感器702分别设置在外壳1内侧面的两个二等分点上。

示例性地，第一压力传感器701和第二压力传感器702与重锤6连成的轴的方向即为本申请中倾角传感器所能测量的倾斜方向，因此采用两个压力传感器后，倾角传感器即具有一个检测自由度。

在本申请的实施例中，如图3所示，当倾角传感器发生倾斜后，重锤6保持垂直于水平面并将压力传递到第一压力传感器701或第二压力传感器702，且随着倾斜角度的不同，压力传感器受到的压力不同。根据压力传感器受到压力的大小，通过如下计算可得出倾斜角度的具体数值。

当倾角传感器倾斜θ°时，压力传感器受力F为：

其中，G为重锤6的重力。

则测得倾斜角度θ为：

进一步地，压力传感器和重锤6的距离值d决定了倾角传感器的测量精度k：

其中，s为悬挂组件5的长度。通过对上述s和d的调整，可以设定倾角传感器的检测精度，例如精度0.17%对应的角度为1°。

进一步地，压力传感器还包括第三压力传感器703和第四压力传感器704。第一压力传感器701、第二压力传感器702、第三压力传感器703和第四压力传感器704分别设置在外壳1内侧面的四个四等分点上。

当采用四个压力传感器后，倾角传感器即具有两个检测自由度。将传感器倾斜角度分为沿x方向的倾斜角度α或者沿y轴方向的倾斜角度β，当传感器沿x轴倾斜角度为α时，x方向的压力传感器受力F ₁为：

则测得沿x方向的倾斜角度α为：

当倾角传感器沿y方向倾斜角度为β时，y方向的压力传感器受力F ₂为：

则测得沿y方向的倾斜角度β为：

压力传感器通过信号线缆4输出的压力信号传输至上位机后，上位机可以通过上述的公式解算得到被测物品的倾斜角度。而且，上位机可以通过对输出压力信号的压力传感器进行识别，进而确定被测物品的倾斜方向。

在一种可能的实施例中，还包括：支撑架3，支撑架3上设置有与外壳1的形状和大小匹配的插槽，外壳1插接在插槽中，且通过连接组件2固定连接在支撑架3上。

示例性地，支撑架3为L型结构，外壳1设置在支撑架3的竖直板上，支撑架3的水平板上设置有安装孔，安装孔用于将支撑架3安装在被测物品的表面。上述安装孔可以为盲孔或者通孔，连接组件2可以为螺钉或销钉。当采用螺钉时，支撑架3的竖直板表面上可以设置贯穿至安装孔的螺孔，当螺钉螺接在该螺孔中并插入安装孔后，即可与外壳1的外表面接触，进而将外壳1固定在安装孔中。进一步地，外壳1上与螺孔对应的位置也可以设置插孔，该插孔可以为盲孔或通孔，而且也可以采用螺孔或光孔，螺钉穿过支撑架3上的螺孔后可以继续插入该插孔中，使外壳1的安装更加稳固。

进一步地，外壳1和支撑架3的水平板均位于竖直板的同一侧。

本申请实施例还提供了一种倾角检测方法，包括：

将倾角传感器安装在被测物品的表面；

被测物品发生转动后倾角传感器中的重锤6产生相同角度的摆动，并向压力传感器施加与摆动角度相应的压力，压力传感器将产生的压力信号通过信号线缆4输出。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种倾角传感器，其特征在于，包括：

外壳（1）；

压力传感器，设置在所述外壳（1）的内侧面上；

重锤（6），通过悬挂组件（5）悬挂在所述外壳（1）的内顶面上，且所述重锤（6）和压力传感器处在相同的水平高度，所述外壳（1）倾斜时所述重锤（6）对所述压力传感器施加压力，所述压力传感器产生的压力信号通过信号线缆（4）输出。

2.根据权利要求1所述的一种倾角传感器，其特征在于，所述压力传感器包括第一压力传感器（701）和第二压力传感器（702），所述第一压力传感器（701）和第二压力传感器（702）分别设置在所述外壳（1）内侧面的两个二等分点上。

3.根据权利要求2所述的一种倾角传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括第三压力传感器（703）和第四压力传感器（704），所述第一压力传感器（701）、第二压力传感器（702）、第三压力传感器（703）和第四压力传感器（704）分别设置在所述外壳（1）内侧面的四个四等分点上。

4.根据权利要求1所述的一种倾角传感器，其特征在于，还包括：

支撑架（3），所述支撑架（3）上设置有与所述外壳（1）的形状和大小匹配的插槽，所述外壳（1）插接在所述插槽中，且通过连接组件（2）固定连接在所述支撑架（3）上。

5.根据权利要求4所述的一种倾角传感器，其特征在于，所述支撑架（3）为L型结构，所述外壳（1）设置在所述支撑架（3）的竖直板上，所述支撑架（3）的水平板上设置有安装孔，所述安装孔用于将所述支撑架（3）安装在被测物品的表面。

6.根据权利要求1所述的一种倾角传感器，其特征在于，所述悬挂组件（5）为悬线、悬链和悬杆其中之一。

7.一种倾角检测方法，其特征在于，包括：

将倾角传感器安装在被测物品的表面；

被测物品发生转动后所述倾角传感器中的重锤（6）产生相同角度的摆动，并向压力传感器施加与摆动角度相应的压力，所述压力传感器将产生的压力信号通过信号线缆（4）输出。