CN208238783U - 一种角度测量装置 - Google Patents

一种角度测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN208238783U
CN208238783U CN201820682793.3U CN201820682793U CN208238783U CN 208238783 U CN208238783 U CN 208238783U CN 201820682793 U CN201820682793 U CN 201820682793U CN 208238783 U CN208238783 U CN 208238783U
Authority
CN
China
Prior art keywords
resistance wire
shell
measuring electrode
inner ring
outer ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201820682793.3U
Other languages
English (en)
Inventor
周玉科
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Original Assignee
Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS filed Critical Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Priority to CN201820682793.3U priority Critical patent/CN208238783U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN208238783U publication Critical patent/CN208238783U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

本实用新型提供了一种角度测量装置，属于角度测量的传感器技术领域。该角度测量装置包括壳体、电阻丝、导电测珠和测量电极；所述壳体为中空圆环结构；所述导电测珠放置在所述壳体的空腔中，并能够在空腔中沿壳体的圆周方向自由滚动；所述电阻丝设置在所述空腔中，并固定在所述壳体的内壁上；所述测量电极的一端与电阻丝连接，另一端伸出到所述壳体的外部。本实用新型基于重力原理和欧姆定律能够精确确定被测物体的基准线与铅垂线之间的夹角；而且本实用新型结构简单、安装方便、可靠性高，成本低廉，能适用于高温高湿的恶劣环境。

Description

一种角度测量装置
技术领域
本发明属于角度测量的传感器技术领域，具体涉及一种角度测量装置，用于测量被测物体的基准线与铅垂面之间的角度。
背景技术
在很多领域中需要确定被测物体与铅垂线之间的夹角，对于直接可以目视的情况，采用普通的角度测量装置即可，但对于无法直接目视的情况，例如位于钻井盲孔中的物体，对其角度的测量是非常困难的。
而且，现有的用于测量物体与铅垂面之间的角度的装置如倾角传感器等，通常采用电感式、电容式、光电式、光栅式、加速度传感器等原理，这些传感器精度虽然较高，但是加工复杂，成本较高，不适用于高温高湿等恶劣的工作环境。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种角度测量装置，能够精确测量被测物体与铅垂线之间的角度的变化，且结构简单、安装方便、可靠性高、成本低廉，能适用于高温高湿的恶劣环境。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种角度测量装置，包括壳体、电阻丝、导电测珠和测量电极；
所述壳体为中空圆环结构；
所述导电测珠放置在所述壳体的空腔中，并能够在空腔中沿壳体的圆周方向自由滚动；
所述电阻丝设置在所述空腔中，并固定在所述壳体的内壁上；
所述测量电极的一端与电阻丝连接，另一端伸出到所述壳体的外部。
所述电阻丝包括内环电阻丝和外环电阻丝；
所述内环电阻丝和外环电阻丝均为不闭合的圆环形，一端为起始端，另一端为末尾端；
所述内环电阻丝和外环电阻丝同轴平行设置，所述内环电阻丝的轴线、外环电阻丝的轴线与所述壳体的中心轴线位于同一条直线上。
所述壳体的横截面的形状为圆环形；
所述导电测珠为圆球形；
所述导电测珠与内环电阻丝和外环电阻丝同时接触。
所述外环电阻丝的起始端与末尾端之间的间隙、所述内环电阻丝的起始端与末尾端之间的间隙均为0.5-1毫米。
优选地，所述内环电阻丝和外环电阻丝的起始端、末尾端设置为：导电测珠能够与内环电阻丝的起始端、外环电阻丝的起始端同时接触，此时导电测珠与内环电阻丝的末尾端和外环电阻丝的末尾端均不接触。
所述测量电极包括外环测量电极和内环测量电极；
所述外环测量电极的一端与外环电阻丝的起始端连接，所述内环测量电极的一端与内环电阻丝的起始端连接；
所述外环测量电极的另一端、内环测量电极的另一端分别伸出到所述壳体的外部。
所述装置进一步包括设置在壳体外部的恒流源电路和A/D转换电路；
所述恒流源电路与外环测量电极和内环测量电极连接，用于给测量电极提供恒定的电流；
所述A/D转换电路与外环测量电极和内环测量电极连接，用于测量外环测量电极和内环测量电极之间的电压。
所述电阻丝采用精密电阻丝；
所述壳体采用非导电材料制成；
所述导电测珠采用导电材料制成；
所述角度测量装置采用MEMS加工工艺制造而成。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本发明基于重力原理和欧姆定律能够精确确定被测物体的基准线与铅垂线之间的夹角；
(2)本发明结构简单、安装方便、可靠性高，成本低廉，能适用于高温高湿的恶劣环境；
(3)采用MEMS加工工艺制造角度测量装置能够使装置的体积明显减小，降低了成本，且扩大了使用范围。
附图说明
图1本实用新型角度测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：
如图1所示，本实用新型角度测量装置为中空结构，包括壳体1(采用非导电材料制成)、电阻丝(采用精密电阻丝)、导电测珠6(采用导电材料制成)和测量电极，所述壳体1优选为中空圆环形结构，这样能确保导电测珠6能在环内自由滚动，静止状态时能始终停在环的底部，这样测量方向才能准确。
在壳体1的内壁上，设置有两条所述电阻丝。在内壁上一侧沿圆周方向设置有外环电阻丝2，在内壁上的另一侧沿圆周方向设置有内环电阻丝3，两者同轴平行设置(即两者在任何位置均不接触)，所述内环电阻丝的轴线、外环电阻丝的轴线与所述壳体的中心轴线位于同一条直线上，电阻丝的轴线是指电阻丝围成圆环形后的圆心所在的直线，该直线与电阻丝所在的平面垂直，所述中心轴线是指壳体的圆心所在的直线，该直线与壳体所在的平面垂直。因为壳体的横截面为圆环形，导电测珠为球形，导电测珠能够与壳体的内壁接触到，所以从壳体的横截面来看，两个电阻丝之间有一定角度即可，本实施例中两者相隔180度，此时两者的圆心均位于壳体的圆心处。实际使用时，可以将电阻丝粘接在壳体的内壁上，也可以采用其它集成工艺，只要能将电阻丝固定住，且使得导电测珠能平滑的在壳体的空腔中滚动。
每条所述电阻丝均为不闭合的圆，其起始端与末尾端靠得很近(本实施例中，如图1所示，当两个电阻丝的起始端均位于铅垂线上、且导电测珠静止在壳体的铅垂线方向的底部时，导电测珠与两个电阻丝的起始端刚好接触并形成回路，但导电测珠与两个电阻丝的末尾端均不接触。例如，起始端和末尾端之间的距离可以为0.5毫米或者1毫米)，外环电阻丝2的起始端与外环测量电极5连接，内环电阻丝3的起始端与内环测量电极4连接，两个测量电极可以位于测量环壁的同一位置处，此时导电测珠能同时连接两个测量电极，此时外环测量电极5与导电测珠6之间、内环测量电极4与导电测珠6之间的电阻为0；两个测量电极也可以位于测量环壁的不同位置处，此时导电测珠与某个测量电极接触时，该测量电极与另一个测量电极之间的电阻丝的电阻值不为0，但是可以将该电阻值记录下来，在后续的计算过程中减去该电阻值即可。
所述导电测珠6安置于所述壳体的内部，并可自由滚动且与两条所述电阻丝接触，当所述导电测珠6在所述壳体内滚动时，由于重力作用，最终会停止在所述壳体的底部。由于所述导电测珠6的导电作用，两个测量电极之间的电阻是随所述导电测珠6的转动而变化的。
所述角度测量装置采用MEMS加工工艺制造。
所述装置进一步包括设置在壳体外部的恒流源电路和A/D转换电路(采用现有电路即可，在图1中未示出)；所述恒流源电路与两个测量电极连接，用于为角度测量环提供恒定的电流；所述A/D转换电路与两个测量电极连接，用于测量两个测量电极之间的电压。
实际使用时，可以根据需要采用多种方式将角度测量装置固定在被测物体上，例如可以在壳体的外壁上做两个开有小孔的凸台，相应的在被测物体上设置螺纹孔，用螺钉把角度测量装置拧在被测物体上，或者直接将角度测量装置粘接到被测物体上；如果被测物体为柱状壳体结构，还可以在柱状壳体的内壁上铣出环形槽，用胶把角度测量装置固定在柱状壳体的内壁上。
所述角度测量装置的使用方法如下：
(1)将所述角度测量装置与被测物体固定连接，并使所述壳体的中心轴线与水平线平行，导电测珠停留在与内环电阻丝的起始端、外环电阻丝的起始端同时接触的位置，此时被测物体的基准线与铅垂线之间的夹角为0度；
(2)给测量电极输入恒定大小的电流I，同时测量外环测量电极和内环测量电极之间的电压U，当被测物体的基准线与铅垂线之间的夹角发生变化时，电压U随之变化；
(3)利用本实用新型装置获得电压U后，通过计算获得被测物体的基准线与铅垂线之间的角度n：
由欧姆定律可知：
U＝I×R
其中：
U为两个测量电极之间的电压，I为施加的恒定电流，R为两个测量电极之间的等效电阻。
由角度测量装置的结构可知，两个测量电极之间的等效电阻R由内环电阻丝电阻R1，外环电阻丝电阻R2和导电测珠电阻R3组成。即：
R＝R1+R2+R3
内环电阻丝电阻R1可表示为：
其中，ρ为电阻丝电阻，L1为导电测珠与内环测量电极之间的弧长；S为电阻丝的横截面积。
外环电阻丝电阻R2可表示为：
其中，ρ为电阻丝电阻，L2为导电测珠与外环测量电极之间的弧长；S为电阻丝的横截面积。
弧长可表示为：
其中：
n为圆心角度数，即被测物体的基准线与铅垂线之间的夹角；r为半径。
由此可知：
其中：
L1为导电测珠与内环测量电极之间的弧长；r1为内环电阻丝的半径；L2为导电测珠与外环测量电极之间的弧长；r2为外环电阻丝的半径。
由此可得出：
可求得被测物体的基准线与铅垂线之间的夹角为：
其中I、ρ、π、S、R3、r1、r2均为已知量。
利用本实用新型能够精确测量出被测物体的基准线与铅垂线之间的夹角，并且能实时获得角度的变化，测量精度高且适用于多种环境。
上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (8)

1.一种角度测量装置，其特征在于：所述角度测量装置包括壳体、电阻丝、导电测珠和测量电极；
所述壳体为中空圆环结构；
所述导电测珠放置在所述壳体的空腔中，并能够在空腔中沿壳体的圆周方向自由滚动；
所述电阻丝设置在所述空腔中，并固定在所述壳体的内壁上；
所述测量电极的一端与电阻丝连接，另一端伸出到所述壳体的外部。
2.根据权利要求1所述的角度测量装置，其特征在于：所述电阻丝包括内环电阻丝和外环电阻丝；
所述内环电阻丝和外环电阻丝均为不闭合的圆环形，一端为起始端，另一端为末尾端；
所述内环电阻丝和外环电阻丝同轴平行设置，所述内环电阻丝的轴线、外环电阻丝的轴线与所述壳体的中心轴线位于同一条直线上。
3.根据权利要求2所述的角度测量装置，其特征在于：所述壳体的横截面的形状为圆环形；
所述导电测珠为圆球形；
所述导电测珠与内环电阻丝和外环电阻丝同时接触。
4.根据权利要求3所述的角度测量装置，其特征在于：所述外环电阻丝的起始端与末尾端之间的间隙、所述内环电阻丝的起始端与末尾端之间的间隙均为0.5-1毫米。
5.根据权利要求4所述的角度测量装置，其特征在于：所述内环电阻丝和外环电阻丝的起始端、末尾端设置为：导电测珠能够与内环电阻丝的起始端、外环电阻丝的起始端同时接触，此时导电测珠与内环电阻丝的末尾端和外环电阻丝的末尾端均不接触。
6.根据权利要求5所述的角度测量装置，其特征在于：所述测量电极包括外环测量电极和内环测量电极；
所述外环测量电极的一端与外环电阻丝的起始端连接，所述内环测量电极的一端与内环电阻丝的起始端连接；
所述外环测量电极的另一端、内环测量电极的另一端分别伸出到所述壳体的外部。
7.根据权利要求6所述的角度测量装置，其特征在于：所述装置进一步包括设置在壳体外部的恒流源电路和A/D转换电路；
所述恒流源电路与外环测量电极和内环测量电极连接；
所述A/D转换电路与外环测量电极和内环测量电极连接。
8.根据权利要求7所述的角度测量装置，其特征在于：所述电阻丝采用精密电阻丝。
CN201820682793.3U 2018-05-09 2018-05-09 一种角度测量装置 Active CN208238783U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201820682793.3U CN208238783U (zh) 2018-05-09 2018-05-09 一种角度测量装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201820682793.3U CN208238783U (zh) 2018-05-09 2018-05-09 一种角度测量装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN208238783U true CN208238783U (zh) 2018-12-14

Family

ID=64582541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201820682793.3U Active CN208238783U (zh) 2018-05-09 2018-05-09 一种角度测量装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN208238783U (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110159255A (zh) * 2019-07-02 2019-08-23 中国矿业大学(北京) 一种基于超导滑块变阻思想的瓦斯钻孔测斜仪及实施方法
CN110470276A (zh) * 2018-05-09 2019-11-19 中国科学院地理科学与资源研究所 一种角度测量装置及其使用方法
CN111207718A (zh) * 2020-03-19 2020-05-29 国网河南省电力公司电力科学研究院 用于测量平面倾角的设备

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110470276A (zh) * 2018-05-09 2019-11-19 中国科学院地理科学与资源研究所 一种角度测量装置及其使用方法
CN110159255A (zh) * 2019-07-02 2019-08-23 中国矿业大学(北京) 一种基于超导滑块变阻思想的瓦斯钻孔测斜仪及实施方法
CN111207718A (zh) * 2020-03-19 2020-05-29 国网河南省电力公司电力科学研究院 用于测量平面倾角的设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN208238783U (zh) 一种角度测量装置
An et al. Biomimetic hairy whiskers for robotic skin tactility
CN110470276A (zh) 一种角度测量装置及其使用方法
CN103630705B (zh) 一种利用固态二维风速风向测量仪的测量方法
US6301795B1 (en) Tilt sensor using magnet and magnetic sensor
CN108490211A (zh) 一种微型无线风速风向仪
CN205403689U (zh) 微纳米三坐标测量机接触式扫描探头
CN204575063U (zh) 水平仪角度量测装置
CN216115791U (zh) 镜头隔圈空气间隔测量装置
CN106123763B (zh) 一种电气连接器插针微位移检测装置
CN108267118A (zh) 一种应变式智能测斜仪
RU166715U1 (ru) Ионно-меточный измеритель скорости воздушного потока
CN112504366A (zh) 一种非满管电磁流量计
CN209166417U (zh) 一种差动电容倾角传感器
CN203550904U (zh) 一种厚度测量装置
CN102305584B (zh) 一种汽车控制臂球头球心深度检测装置及检测方法
CN2258271Y (zh) 不锈钢、铜焊条同轴度检测仪
CN2575688Y (zh) 组合感应测井传感器
CN110487353A (zh) 一种液位检测系统
CN205825894U (zh) 一种内径测量装置
CN206114054U (zh) 一种实验用高精度无线数字水深传感器系统
CN206019565U (zh) 一种电气连接器插针微位移检测装置
CN219554948U (zh) 一种磁感应式开关
CN105352422B (zh) 一种用于电液伺服阀的电容位移传感器
CN220289644U (zh) 一种led/lcd光柱数码显示的电工表

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant