CN1325016A - 一种大量程遥测倾角仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大量程遥测倾角仪,涉及工程测量技术,尤其适用于工程中大型建筑物及地面基础的大倾斜量的远距离测量。为了解决工程测量倾角中需要大量程、高灵敏度、稳定可靠的技术问题,采用铅垂摆原理并配备变面积式、多层、差动电容传感器;在铅垂摆系上,采用双簧片式结构。由于结构简单,性能价格比高,因此有着广阔的应用前景。

Description

一种大量程遥测倾角仪

本发明涉及工程测量技术，尤其适用于工程中大型建筑物及地面基础的大倾斜量的远距离测量。

目前，在工程测量技术领域中，多采用铅垂摆原理测量地面倾斜，具有稳定性好、结构简单等优点；但因受其摆长的制约，使灵敏度不高，从而需配备灵敏度高、测量范围大的传感器，以保证整机具有高灵敏度，大测量范围，长期稳定可靠的效果。

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，而推出一种高灵敏度、大量程的遥测倾角仪。

本发明的目的是这样实现的：

①采用铅垂摆原理并配备变面积式、多层、差动电容传感器，实现了大量程、高灵敏度、稳定可靠的工程倾斜测量。变面积式差动电容传感器较之于变间隙式差动电容传感器，虽然灵敏度较低，但其线性范围扩大几个数量级，特别适用于工程测量，其灵敏度的不高可采用多层电容结构来弥补。差动电容较之于非差动电容，具有线性范围增大，抗干扰能力增强等特点。

②在铅垂摆系上，采用了双簧片式结构，保证了差动电容动片和定片之间的间距恒定，且受非测量方向倾斜的影响极小。

本发明的主要技术指标是：

灵敏度：10”-60”

量  程：±5°-±15°

线  性：≤±1％

供  电：12V

功  耗：10mA

传输距离：500M

耐    压：1-20个大气压

体    积：Φ120×160mm³

下面结合附图详细说明：

图1为本发明工作原理框图；

图2为电容/电压变换器工作原理框图；

图3为本发明结构图；

图4为差动电容及摆系结构图(正视)；

图5为差动电容及摆系结构图(左视)。

其中：1-主体，2-电容/电压变换器，3-人工测读器，4-数据采集器；1.1-摆系，1.1.1-双簧片，1.1.2-摆锤；1.2-差动电容器，1.2.1-电容动片(C₃)，1.2.2-电容定片(C₁、C₂)；1.3-支架，1.4-锁摆机构，1.5-外壳，1.5.1-底座，1.5.2-管筒，1.5.3-上盖；1.6-调平机构，1.7-耐压防漏接头，1.8-信号电缆；2.1-振荡器，2.2-交流放大器，2.3-调制与解调器，2.4-直流放大器，α-倾斜角位移，C-电容，V-直流电压，V-交流电压。

1、由图1可知，本发明的工作原理是：当被测对象倾斜角位移α发生△α变化时，则差动电容器1.2的电容C随同变化△C，再通过电容/电压变换器2转换，则有电压V的变化△V，△V正比于△α。通过人工测读器3读出被测对象倾斜角位移△α；或配接数据采集器4实现自动连续测量。

2、由图2可知，电容/电压变换器2由下列部分组成，其连接关系是：电容动片C₃→交流放大器2.2→调制与解调器2.3→直流放大器2.4；振荡器2.1的两输出端分别与电容定片C₁、C₂及调制与解调器2.3的两输入端相连接。在C₃端点有反映倾斜角位移α变化的

经交流放大器2.2有 经调制与解调器2.3有

，再经直流放大器2.4有 即输出信号，供人工测读或数据采集。

3、由图3、图4、图5可知，本发明由主体1、电容/电压变换器2、人工测读器3组成；其输出可配接数据采集器4，实现自动连续测量。

(1)主体

主体1由摆系1.1、差动电容1.2，支架1.3、锁摆机构1.4、外壳1.5、调平机构1.6，耐压防漏接头1.7和信号电缆1.8组成，主体1内充满变压器油。

①摆系1.1为小型垂直摆系，由双簧片1.1.1、电容动片1.2.1，摆锤1.1.2组成，并依次吊接固定在支架1.3上，但互相绝缘；

②差动电容1.2由多层动片1.2.1和多层定片1.2.2相间组合而成，相互平行，其间距为1-2mm；电容定片1.2.2为扇形，由C₁和C₂对称排列；电容动片1.2.2为扇形，即C3。零点时C₃处于中间位置；有倾斜变化时，C₃与C₁及C₂重合部分发生改变，即电容面积发生改变，从而使两者电容量发生改变。一边变大，另一边变小，但电容差值具有方向性。由于电容片形状设计为扇形，使电容随角度呈线性变化，且线性范围测量最大。

③支架1.3用于固定摆系1.1、电容定片1.2.2、锁摆机构1.4；支架1.3固定于外壳1.5的管筒1.5.2上。

④锁摆机构1.4为2个可旋入摆锤1.1.2中轴线螺孔内的螺丝，旋紧于支架1.3上后将摆锤1.1.2锁定，以利于仪器的运输；工作时将螺丝旋出。

⑤外壳1.5由底座1.5.1、管筒1.5.2及上盖1.5.3组成一个封闭体，底座1.5.1和管筒1.5.2焊接成一体，而上盖1.5.3则通过高压橡皮圈及螺钉与管筒1.5.2连接，具有耐压、防水功能。

⑥调平机构1.6由3个调平螺丝配合水准气泡组成，安装在底座1.5.1的周边上，通过调节调平螺丝将底座1.5.1调平。

⑦耐压防漏接头1.7可让信号电缆1.8穿出，通过压紧螺丝及高压橡皮圈使信号电缆1.8与橡皮圈紧密接触，达到高压防水目的。

⑧信号电缆1.8为耐压水工橡套电缆(4芯或5芯)，可传输信号500米。

(2)电容/电压变换器

本变换器2将电容量的变化转换为直流电压的变化，经传输后供人工测量或自动测量。电路设计上采用单电源供电及电平转换，其输出无电流，减少了传输线上引入的干扰。其电压放大倍数可按用户要求调节。

(3)人工测读器

人工测读器主要由可随时充电的12V电瓶及用于测量的数字面板表组成，其功能是给仪器供电，然后对其输出信号进行测量，适宜于现场安装和观测。

本发明与现有技术相比具有以下特点：

①测量范围大：因为采用了变面积式差动电容传感器及合理的扇形电容片设计，其线性范围也随之增大。

②灵敏度高：因为采用了多层式电容结构及高效的电容/电压变换器，其灵敏度可达角秒级，其量程精度比可达40000。

③稳定性好：因为采用铅重摆原理和高稳定电容/电压变换器。

④抗干扰能力强：因为采用了差动电容方式，故可滤除对电容及电路的共同干扰，另外电容/电压变换器2独特的设计即采用单电源供电，且输出线上无电流，电缆引入干扰降至最小。

⑤信号能远传遥测：仪器输出为电信号，传输可达500米，可在远离仪器处进行人工或自动观测。

⑥耐高压，防水性能好：由于采用了高压橡圈密封技术，使仪器主体可耐压1-20个大气压，特别适宜于大坝水利工程的测量。

⑦便于安装：由于仪器已小型一体化设计，安装时只需放松锁摆机构1.4，调整调平螺丝，仪器便能投入正常观测。

总之，由于本发明结构简单、灵敏度高、测量范围大、稳定性好，因此有着广阔的应用前景。

Claims (3)

1、一种大量程遥测倾角仪，由主体(1)、电容/电压变换器(2)、人工测读器(3)组成，其输出可配接数据采集器(4)，实现自动连续测量，其特征在于：主体(1)由摆系(1.1)、差动电容(1.2)、支架(1.3)、锁摆机构(1.4)、外壳(1.5)、调平机构(1.6)、耐压防漏接头(1.7)和信号电缆(1.8)组成，主体(1)内充满变压器油；

①摆系(1.1)为小型垂直摆系，由双簧片(1.1.1)、电容动片(1.2.1)、摆锤(1.1.2)组成，并依次吊接固定在支架(1.3)上，但互相绝缘；

②差动电容(1.2)由多层动片(1.2.1)和多层定片(1.2.2)相间组合而成，相互平行，其间距为1-2mm；电容定片(1.2.2)，由C₁和C₂对称排列；

③用于固定摆系(1.1)、电容定片(1.2.1)、锁摆机构(1.4)的支架(1.3)固定连接于外壳(1.5)的管筒(1.5.2)上；

④锁摆机构(1.4)为2个可旋入摆锤(1.1.2)中轴线螺孔内的螺丝；

⑤外壳(1.5)由底座(1.5.1)、管筒(1.5.2)及上盖(1.5.3)组成一个封闭体，底座(1.5.1)和管筒(1.5.2)焊接成一体，而上盖(1.5.3)则通过高压橡皮圈及螺钉与管简(1.5.2)连接；

⑥调平机构(1.6)由3个调平螺丝配合水准气泡组成，安装在底座(1.5.1)的周边上；

⑦耐压防漏接头(1.7)可让信号电缆(1.8)穿出，通过压紧螺丝及高压橡皮圈使信号电缆(1.8)与橡皮圈紧密接触。

2、按权利要求1所述的一种大量程遥测倾角仪，其特征在于差动电容(1.2)的动片(1.2.1)和定片(1.2.2)均为扇形。

3、按权利要求1所述的一种大量程遥测倾角仪，其特征在于双簧片(1.1.1)为一长条形金属软质薄片。

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