CN117606443A - 基于差动电容式倾角传感器的电子水平倾角测试仪及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于小倾角测量技术领域，具体涉及基于差动电容式倾角传感器的电子水平倾角测试仪及测量方法；所述高精度水平倾角测试仪包括外壳、底座；在所述外壳内部设置差动电容式倾角传感器模块、测量电路模块和控制模块；测量时，将所述水平倾角测试仪的底座置于被测工件上，所述差动电容式倾角传感器模块内部阻抗发生变化，所述测量电路模块采集所述差动电容式倾角传感器模块输出的电压数据并输出模拟信号，所述模数转换器ADC将所述模拟信号转换为数字信号并传输至所述控制模块，所述控制模块计算获得所述被测工件对应的倾角数据。本发明提供的电子水平倾角测试仪分辨力达到0.001mm/m。
Description
技术领域
本发明属于小倾角测量技术领域，具体涉及基于差动电容式倾角传感器的电子水平倾角测试仪及测量方法，用于待测量平面在任意方向相对于水平位置倾斜角度的测量。
背景技术
平面水平仪是航空航天、土木工程、机械制造、信息技术等工业领域中经常使用的进行角度测量的精密测量仪器。平面水平仪按照工作原理可以分为气泡水平仪和数字水平仪两种。
传统的气泡型水平仪的工作原理是利用气泡在玻璃管内的液体介质中，可经常保持在最高位置的特性。因液体介质温度敏感性高，而装置缺乏温度补偿造成较大的温度误差，同时零位判断需要通过人工观察不断调节几个水平微调螺丝完成；由于每个人的操作和观测习惯不同，导致检测过程零位判断模糊，具有一定的主观性，造成测量精度不高，较低的测量精度难以满足日益增长的高端精密装备、信息技术、微电子技术等工业领域中倾角精密测量要求。
平面数字水平仪的工作原理主要是利用角度传感器敏感水平倾角，将倾角以数值的形式直接在数码管上显示或上传到计算机进行显示和处理。是属于新一代精密检测仪器，具有测量精度高、测量范围广、响应速度快、稳定性好等优点，广泛应用于机械制造、工业生产、农业生产、船舶、桥梁、平台校准等领域，可以进行精确的水平、垂直直线导轨的测量。
因平面数字水平仪的检测精度受到内部倾角传感器的材料、结构、加工工艺、电路和控制系统的影响较大，目前，平面数字水平仪的检测方式和检测精度差别较大，质量稳定性不好。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于差动电容式倾角传感器的电子水平倾角测试仪，该水平仪在保证测量精度、系统寿命、测量稳定性和测量效率的情况下，能够实现平面任意状态下倾角测量，具有高分辨率、高精度、低误差值、操作简便、具有温度补偿的优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述高精度水平倾角测试仪包括外壳、底座；
在所述外壳内部设置差动电容式倾角传感器模块、测量电路模块和控制模块；所述测量电路模块和所述差动电容式倾角传感器模块连接，所述测量电路模块通过模数转换器ADC和所述控制模块连接；所述差动电容式倾角传感器模块固定设置在所述底座的上部；
测量时，将所述水平倾角测试仪的底座置于被测工件上，所述差动电容式倾角传感器模块内部阻抗发生变化，所述测量电路模块采集所述差动电容式倾角传感器模块输出的电压数据并输出模拟信号，所述模数转换器ADC将所述模拟信号转换为数字信号并传输至所述控制模块，所述控制模块计算获得所述被测工件对应的倾角数据。
进一步地，所述差动电容式倾角传感器模块包括差动电容式倾角传感器；所述差动电容式倾角传感器模块还包括支撑框架和传感器固定组件，所述传感器组件用于将所述差动电容式倾角传感器固定安装到所述支撑框架中；
所述差动电容式倾角传感器包括两片相互平行的电容极板、设置在两片电容极板中间的一个铍铜弹性基片、分别和两片所述电容极板连接的两个极板导线以及和所述铍铜弹性基片连接的基片导线；两个所述极板导线及所述基片导线和所述测量电路模块相连接。
进一步地，所述铍铜弹性基片包括一个圆环形框架和一个工作重力摆锤；所述工作重力摆锤包括一个弹性悬梁和一个质量块；
所述质量块为顶部设置长方形凹槽的圆形结构；所述弹性悬梁为长条形结构，所述弹性悬梁的一端和所述质量块的长方形凹槽的底部连接，另一端和所述圆环形框架的内环顶部位置连接；
所述圆环形框架的外圆直径a0的取值范围为20-30mm，所述圆环形框架的内圆直径a1的取值范围为19-28mm；所述质量块的圆直径为a2；所述圆环形框架的内圆和所述质量块外圆之间的间隙宽度b4＝a1-a2，b4取值范围0.1-0.2mm；所述质量块上的长方形凹槽的宽度a3的取值范围为2-4mm，所述弹性悬梁的宽度a4的取值范围为1-2mm，所述弹性悬梁的高度b3的取值范围为5-10mm。
所述铍铜弹性基片的圆环形框架采用树脂封装在两片电容极板的中间位置，工作重力摆锤能够摆动。
进一步地，所述弹性机构圆环形基片采用铍铜合金，铍含量在0.8-2％，所述铍铜弹性基片的厚度h1＝0.02～0.1mm。所述铍铜合金具有很高的硬度、弹性极限、疲劳极限和耐磨性，还具有良好的耐蚀性、导热性和导电性；
所述铍铜弹性基片为高弹性电子元件，所述铍铜弹性基片通过热处理和矫形达到最佳的性能和使用寿命。正是基于该铍铜弹性基片的各种性能，才能够保证高精度水平倾角测试仪的测试精度。
进一步地，测量时，将被测工件置于水平面上，被测工件包括加工平面和理想平面，所述理想平面是包含所述加工平面的一条对角线且平行于所述加工平面另一条对角线的平面，所述理想平面在测量前应调整到基本水平状态；
将水平倾角测试仪的底座置于被测工件的加工平面上，测量时，所述工作重力摆锤和被测工件加工平面的垂直线之间产生偏角β；所述工作重力摆锤产生的偏角β的大小等于被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角。待测倾斜误差角是由于加工精度所产生的，具体为被测工件的加工平面和理想平面之间的角度(加工平面不同位置可能对应的待测倾斜误差角不同，具体测定时，可以设置多个测量点，该角度比较小，需要采用水平倾角测试仪进行测量)。
进一步地，所述测量电路模块采用RC震荡发出正弦波为所述差动电容式倾角传感器做激励源；
将所述差动电容式倾角传感器和电阻组成惠斯通电桥，惠斯通电桥输出电压信号，电压信号经过差分放大后再经过检波处理鉴别倾角的方向；若正方向倾斜则在检波器第一通道输出，若反方向倾斜则在检波器第二通道输出。
进一步地，所述高精度水平倾角测试仪还包括把手；所述外壳和所述把手均设置在所述底座的上部；
在所述把手内部设置电池、用于容纳所述电池的电池仓；在所述把手的外壁上设置通讯接口、电源开关；
所述通讯接口为标准RS232接口，所述RS232接口均和所述控制模块数据连接；
在所述外壳的表面设置触摸模块和屏幕模块；所述触摸模块和所述屏幕模块均和所述控制模块连接。
进一步地，所述高精度水平倾角测试仪还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述外壳的内部，所述温度传感器和所述控制模块数据连接；所述高精度水平倾角测试仪还包括蓝牙通信模块，所述蓝牙通信模块和所述控制模块连接。
一种倾斜角度测量方法，采用所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角的计算方法为：
测量时，将水平倾角测试仪的底座置于被测工件的加工平面上，所述工作重力摆锤和被测工件加工平面的垂直线之间产生偏角β，所述工作重力摆锤产生的偏角β的大小等于被测工件加工平面对应的C；
所述铍铜弹性基片和两侧电容极板构成的电容分别为电容C1和电容C2；
电容C1计算公式为：
电容C2计算公式为：
式中，a2为所述质量块的圆直径，a3为质量块上的长方形凹槽的宽度，b3为弹性悬梁的高度，b4为所述圆环形框架的内圆和所述质量块外圆之间的间隙宽度；g表示重力加速度，d0为两片相互平行的电容极板之间距离的一半；ε为介电常量；
惠斯通电桥输出端的电压差为：
式中：V1为电容C1端电势；V2为电容C2端电势；R为电路总电阻；Vs为信号源电压；ωe是高频频载波信号角频率；C1和C2分别是铍铜弹性基片和两侧电容极板构成的电容；
在惠斯通电桥输出端的电压差计算公式中带入电容C1和C2的计算公式，计算得到惠斯通电桥输出端的电压差和偏角β之间的关系，进而获得被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角。
本发明的有益技术效果：
本发明提供的高精度水平倾角测试仪采用差动电容式倾角传感器，该差动电容式倾角传感器中铍铜弹性基片的整体平面度达到微米级，能够保证传感器的高灵敏度和高检测精度，分辨力达到0.001mm/m。
本发明提供的高精度水平倾角测试仪能够实现将倾斜角度显示在屏幕上或通过RS232接口、蓝牙发送给电脑或移动设备，能够蓝牙通信、RS232通信。
本发明提供的高精度水平倾角测试仪能够进行人性化交互，且通过设置温度传感器检测温度进行温度补偿。
本发明提供的高精度水平倾角测试仪的结构简洁便于携带操作、成本低、系统寿命长、稳定可靠、测量效率高。
附图说明
图1为本发明实施例中一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪的结构示意图；
图2为本发明实施例中差动电容式倾角传感器模块的结构示意图；
图3为本发明实施例中差动电容式倾角传感器的结构示意图；
图4为本发明实施例中铍铜弹性基片的结构示意图；
图5为本发明实施例中差动电容式倾角传感器工作原理示意图；
图6为本发明实施例中检测电路控制系统示意图；
图7为本发明实施例中检测电路图；
图8为本发明实施例中高精度水平倾角测试仪控制系统的结构框图；
图9为本发明实施例中挡片结构示意图；
图10为本发明实施例中弹性垫圈结构示意图；
图11为本发明实施例中采用所述高精度水平倾角测试仪测试标准0级平板加工面数据图；
附图标记：1.外壳；2.底座；3.把手；4.差动电容式倾角传感器模块；4-1.差动电容式倾角传感器；4-2.支撑框架；4-3.挡片；4-4.弹性挡圈；4-5.挡板；5.测量电路模块；6.电池仓；7.通讯接口；8.电源开关；9.屏幕模块；10.触摸模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1：一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，如图1所示，所述高精度水平倾角测试仪包括外壳1、底座2；具体地，所述底座2工作面平面度≤0.003mm。
在所述外壳1内部设置差动电容式倾角传感器模块4、测量电路模块5和控制模块(在本发明中控制模块采用设置存储器的单片机)；所述测量电路模块5和所述差动电容式倾角传感器模块4连接，所述测量电路模块5通过模数转换器ADC和所述控制模块连接；所述差动电容式倾角传感器模块4固定设置在所述底座2的上部；具体地，所述差动电容式倾角传感器模块4固定设置在所述底座2的左上部，在所述底座2的右上部设置把手3；
测量时，将所述水平倾角测试仪的底座2置于被测工件上，所述差动电容式倾角传感器模块4内部阻抗发生变化，所述测量电路模块5采集所述差动电容式倾角传感器模块4输出的电压数据并输出模拟信号，所述模数转换器ADC将所述模拟信号转换为数字信号并传输至所述控制模块，所述控制模块计算获得所述被测工件对应的倾角数据。
在本实施例中，如图2所示，所述差动电容式倾角传感器模块4包括差动电容式倾角传感器4-1、支撑框架4-2和传感器固定组件，所述传感器组件用于将所述差动电容式倾角传感器4-1固定安装到所述支撑框架4-2中；具体地，所述传感器固定组件包括挡片4-3、弹性挡圈4-4和挡板4-5，所述差动电容式倾角传感器4-1、所述挡片4-3、所述弹性挡圈4-4和所述挡板4-5依次嵌装在支撑框架4-2内，再通过环氧树脂封装。
具体地，在所述差动电容式倾角传感器模块4中，所述支撑框架4-2为正方体形状，采用不锈钢304制备，在支撑框架4-2的底部设置底座固定孔，所述支撑框架4-2通过所述底座固定孔和螺栓固定在底座2的上部。
所述挡片4-3为圆形结构，在所述挡片4-3的外则设置两个导线孔，中心位置设置一个导线孔；差动电容式倾角传感器4-1的两个极板导线分别穿过所述挡片4-3外侧的两个导线孔，基片导线穿过所述挡片4-3中心位置的导线孔，然后极板导线和基片导线穿过所述支撑框架4-2后和所述测量电路连接；所述挡片4-3用于保护、隔离所述差动电容式倾角传感器4-1，且用于差动电容式倾角传感器模块4中导线的固定，结构如图9所示；所述弹性挡圈4-4为带有缺口的圆环形，其作用是对差动电容式倾角传感器进行进一步固定，将差动电容式倾角传感器固定在支撑框架的中心位置，结构如图10所示。所述挡板4-5的作用是将弹性挡圈4-4、挡片以及差动电容式倾角传感器固定在支撑框架中。
在本实施例中，如图3所示，所述差动电容式倾角传感器包括两片相互平行的电容极板、设置在两片电容极板中间的一个铍铜弹性基片、分别和两片所述电容极板连接的两个极板导线以及和所述铍铜弹性基片连接的基片导线；两个所述极板导线及所述基片导线和所述测量电路模块5相连接。
如图4所示，所述铍铜弹性基片包括一个圆环形框架和一个工作重力摆锤；所述工作重力摆锤包括一个弹性悬梁和一个质量块；
所述质量块为顶部设置长方形凹槽的圆形结构；所述弹性悬梁为长条形结构(具体可以采用长方形结构)，所述弹性悬梁的一端和所述质量块的长方形凹槽的底部连接，另一端和所述圆环形框架的内环顶部位置连接；
所述圆环形框架的外圆直径a0的取值范围在20-30mm，所述圆环形框架的内圆直径a1的取值范围19-28mm；所述质量块的圆直径为a2；所述圆环形框架的内圆和所述质量块外圆之间的间隙宽度b4＝a1-a2，b4取值范围0.1-0.2mm；所述质量块上的长方形凹槽的宽度a3的取值范围为2-4mm，所述弹性悬梁的宽度a4的取值范围1-2mm，所述弹性悬梁的高度b3的取值范围为5-10mm；
所述铍铜弹性基片的圆环形框架采用树脂封装在两片电容极板的中间位置，工作重力摆锤能够摆动；
所述弹性机构圆环形基片采用铍铜合金，铍含量在0.8-2％，所述铍铜弹性基片的厚度h1＝0.02～0.1mm。所述铍铜合金具有很高的硬度、弹性极限、疲劳极限和耐磨性，还具有良好的耐蚀性、导热性和导电性；
所述铍铜弹性基片为高弹性电子元件，所述铍铜弹性基片通过热处理和矫形达到最佳的性能和使用寿命。正是基于该铍铜弹性基片的各种性能，才能够保证高精度水平倾角测试仪的测试精度。
具体地，所述铍铜弹性基片采用申请号为202310918373.6的专利中介绍的方法制备，或者其他现有技术制备，只要参数符合本发明中所限定的即可。
测量时，将被测工件置于水平面上，被测工件包括加工平面和理想平面，所述理想平面是包含所述加工平面的一条对角线且平行于所述加工平面另一条对角线的平面，所述理想平面在测量前应调整到基本水平状态。
如图5所示，将水平倾角测试仪的底座2置于被测工件的加工平面上，测量时，所述工作重力摆锤和被测工件加工平面的垂直线之间产生偏角；所述工作重力摆锤产生的偏角β的大小等于被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角。待测倾斜误差角是由于加工精度所产生的，具体为被测工件的加工平面和理想平面之间的角度(加工平面不同位置可能对应的待测倾斜误差角不同，具体测定时，可以设置多个测量点，该角度比较小，需要采用水平倾角测试仪进行测量)。
在本实施例中，如图6-图7所示，所述测量电路模块5采用RC震荡发出正弦波为所述差动电容式倾角传感器做激励源；
将所述差动电容式倾角传感器和电阻组成惠斯通电桥，惠斯通电桥输出电压信号，电压信号经过差分放大后再经过检波处理鉴别倾角的方向；若正方向倾斜则在检波器第一通道输出，若反方向倾斜则在检波器第二通道输出。模数转换器ADC和检波器连接，模数转换器ADC将检波器输出的模拟信号转换为数字信号。
在本实施例中，所述高精度水平倾角测试仪还包括把手3；所述外壳1和所述把手3均设置在所述底座2的上部；
在所述把手3内部设置电池、用于容纳所述电池的电池仓6；在所述把手3的外壁上设置通讯接口7、电源开关8；
如图8所示，所述通讯接口7为标准RS232接口，所述RS232接口和所述控制模块数据连接。
所述RS232接口用于和PC连接，所述电池用于为高精度水平倾角测试仪中的各个用电部件供电，包括为控制模块、差动电容式倾角传感器模块4、电路模块、蓝牙通信模块、温度传感器、触摸模块和屏幕模块供电。
在本实施例中，在所述外壳1的表面设置触摸模块10和屏幕模块9；所述触摸模块和所述屏幕模块均和所述控制模块连接。所述触摸模块用于实现人机互动。
在本实施例中，所述高精度水平倾角测试仪还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述外壳1的内部，所述温度传感器和所述控制模块数据连接。具体地，所述温度传感器用于测量所述外壳1内部元件温度；所述温度传感器测量获得的温度用于补偿传感器元件参数的温漂，来减小检测角度温漂导致的误差，达到提高水平仪精确度的目的。
在本实施例中，所述高精度水平倾角测试仪还包括蓝牙通信模块，所述蓝牙通信模块和所述控制模块连接，蓝牙通信功能可以与手机、电脑之间实现无线通信。
实施例2：本发明还提供一种倾斜角度测量方法，采用上述实施例中基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角的计算方法为：
忽略弹性梁自身所产生的挠度，而只考虑弹性梁发生弯曲的角度，据此来计算电容的变化量。
测量时，将水平倾角测试仪的底座置于被测工件的加工平面上，所述工作重力摆锤和被测工件加工平面的垂直线之间产生偏角β，所述工作重力摆锤产生的偏角β的大小等于被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角；
所述铍铜弹性基片和两侧电容极板构成的电容分别为电容C1和电容C2；
电容C1计算公式为：
电容C2计算公式为：
上式中，a2为所述质量块的圆直径，a3为质量块上的长方形凹槽的宽度，b3为弹性悬梁的高度，b4为所述圆环形框架的内圆和所述质量块外圆之间的间隙宽度；g表示重力加速度，d0为两片相互平行的电容极板之间距离的一半；ε为介电常量；
惠斯通电桥输出端的电压差为：
式中：V1为电容C1端电势；V2为电容C2端电势；R为电路总电阻；Vs为信号源电压；ωe是高频频载波信号角频率；C1和C2分别是铍铜弹性基片和两侧电容极板构成的电容；
在惠斯通电桥输出端的电压差计算公式中带入电容C1和C2的计算公式，计算得到惠斯通电桥输出端的电压差和偏角β之间的关系，进而获得被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角。
具体地，将水平仪置于被测待测平面上后，打开电源开关8，通过触摸屏上的按键调整量程及参考零点，水平仪倾角变化后，倾角传感器内部阻抗发生变化，通过测量电路和采集模块检测采集传感器输出的电压，数据经过单片机处理后以数值形式显示，最后倾角的显示在屏幕上；也可多次测量，将数据存储在单片机内部存储器，通过按钮切换显示模式调出历史测量数据。
控制模块使用单片机做核心处理器、锂电池供电，具有无线通信功能、丰富的扩展接口，测试结果可以显示在液晶屏上。
所述控制模块采集测量电路输出的信号，处理采集得到的数据，计算出倾斜角度显示在屏幕上或通过RS232接口、蓝牙发送给电脑或移动设备。
该水平仪在保证测量精度、系统寿命、测量稳定性和测量效率的情况下，能够实现平面任意状态下倾角测量，所述水平仪主要技术指标如下：
(1)显示范围：0～±1999(数字)(2)测量范围：0～±500(数字)(3)分辨力：0.001mm/m(或0.2")(4)示值误差：测量范围内：±(1+A×2％)注：A为检定位置标称值的绝对值(5)检定条件：WL/AL11型20±2℃0.5℃/h(6)电源：采用4节1.5v“AA”电池。(7)功耗：＜100mW。
如表1所示是用所述水平仪测量标准0级平板加工面，具体测量方法如下：将辅助测量桥板放置在被测平板被测截面的一端，水平仪固定在桥板上，按照被测平板的尺寸采用网格法设定被测平板的测量点数并根据点数计算出桥板的跨距，然后制定测量方案和测量顺序。按照顺序依次将桥板沿直线从平板的对角线(或长边、短边)的一端移至另一端，在水平仪上读取每个位置的读数。每次移动桥板时，必须首尾衔接。在桥板移动过程中，水平仪与桥板不得有相对位移。根据水平仪在各截面每个测点位置的读数，按平面度评定方法进行数据处理。测量数据分析如图11及表1所示，其测量公差都在标准公差7微米范围内。
表1采用本发明所述高精度水平倾角测试仪测试标准0级平板加工面所得数据
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述高精度水平倾角测试仪包括外壳、底座；
在所述外壳内部设置差动电容式倾角传感器模块、测量电路模块和控制模块；所述测量电路模块和所述差动电容式倾角传感器模块连接，所述测量电路模块通过模数转换器ADC和所述控制模块连接；所述差动电容式倾角传感器模块固定设置在所述底座的上部；
测量时，将所述水平倾角测试仪的底座置于被测工件上，所述差动电容式倾角传感器模块内部阻抗发生变化，所述测量电路模块采集所述差动电容式倾角传感器模块输出的电压数据并输出模拟信号，所述模数转换器ADC将所述模拟信号转换为数字信号并传输至所述控制模块，所述控制模块计算获得所述被测工件对应的倾角数据。
2.根据权利要求1所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述差动电容式倾角传感器模块包括差动电容式倾角传感器；
所述差动电容式倾角传感器包括两片相互平行的电容极板、设置在两片电容极板中间的一个铍铜弹性基片、分别和两片所述电容极板连接的两个极板导线以及和所述铍铜弹性基片连接的基片导线；两个所述极板导线及所述基片导线和所述测量电路模块相连接。
3.根据权利要求2所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述铍铜弹性基片包括一个圆环形框架和一个工作重力摆锤；所述工作重力摆锤包括一个弹性悬梁和一个质量块；
所述质量块为顶部设置长方形凹槽的圆形结构；所述弹性悬梁为长条形结构，所述弹性悬梁的一端和所述质量块的长方形凹槽的底部连接，另一端和所述圆环形框架的内环顶部位置连接；
所述圆环形框架的外圆直径a0的取值范围为20-30mm，所述圆环形框架的内圆直径a1的取值范围为19-28mm；所述质量块的圆直径为a2；所述圆环形框架的内圆和所述质量块外圆之间的间隙宽度b4＝a1-a2，b4取值范围0.1-0.2mm；所述质量块上的长方形凹槽的宽度a3的取值范围为2-4mm，所述弹性悬梁的宽度a4的取值范围为1-2mm，所述弹性悬梁的高度b3的取值范围为5-10mm。
4.根据权利要求3所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述弹性机构圆环形基片采用铍铜合金，铍含量在0.8-2％，所述铍铜弹性基片的厚度h1＝0.02～0.1mm。
5.根据权利要求4所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，测量时，将被测工件置于水平面上，被测工件包括加工平面和理想平面，所述理想平面是包含所述加工平面的一条对角线且平行于所述加工平面另一条对角线的平面，将所述理想平面在测量前调整到基本水平状态；
将水平倾角测试仪的底座置于被测工件的加工平面上，测量时，所述工作重力摆锤和被测工件加工平面的垂直线之间产生偏角β；所述工作重力摆锤产生的偏角β的大小等于被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角。
6.根据权利要求1所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述测量电路模块采用RC震荡发出正弦波为所述差动电容式倾角传感器做激励源；
将所述差动电容式倾角传感器和电阻组成惠斯通电桥，惠斯通电桥输出电压信号，电压信号经过差分放大后再经过检波处理鉴别倾角的方向；若正方向倾斜则在检波器第一通道输出，若反方向倾斜则在检波器第二通道输出。
7.根据权利要求1所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述高精度水平倾角测试仪还包括把手；所述外壳和所述把手均设置在所述底座的上部；
在所述把手内部设置电池、用于容纳所述电池的电池仓；在所述把手的外壁上设置通讯接口、电源开关；
所述通讯接口为标准RS232接口，所述RS232接口均和所述控制模块数据连接；
在所述外壳的表面设置触摸模块和屏幕模块；所述触摸模块和所述屏幕模块均和所述控制模块连接。
8.根据权利要求1所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述高精度水平倾角测试仪还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述外壳的内部，所述温度传感器和所述控制模块数据连接；所述高精度水平倾角测试仪还包括蓝牙通信模块，所述蓝牙通信模块和所述控制模块连接。
9.一种倾斜角度测量方法，采用权利要求1-8任一项所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角的计算方法为：
测量时，将水平倾角测试仪的底座置于被测工件的加工平面上，所述工作重力摆锤和被测工件加工平面的垂直线之间产生偏角β，所述工作重力摆锤产生的偏角β的大小等于被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角；
所述铍铜弹性基片和两侧电容极板构成的电容分别为电容C1和电容C2；
电容C1计算公式为：
电容C2计算公式为：
式中，a2为所述质量块的圆直径，a3为质量块上的长方形凹槽的宽度，b3为弹性悬梁的高度，b4为所述圆环形框架的内圆和所述质量块外圆之间的间隙宽度；g表示重力加速度，d0为两片相互平行的电容极板之间距离的一半；ε为介电常量；
惠斯通电桥输出端的电压差为：
式中：V1为电容C1端电势；V2为电容C2端电势；R为电路总电阻；Vs为信号源电压；ωe是高频频载波信号角频率；C1和C2分别是铍铜弹性基片和两侧电容极板构成的电容；
在惠斯通电桥输出端的电压差计算公式中带入电容C1和C2的计算公式，计算得到惠斯通电桥输出端的电压差和偏角β之间的关系，进而获得被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角。
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