CN2421617Y - 一种大量程遥测倾角仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型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

本实用新型涉及工程测量技术，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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型的主要技术指标是：

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为本实用新型工作原理框图；

图2为电容/电压变换器工作原理框图；

图3为本实用新型结构图；

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，本实用新型的工作原理是：当被测对象倾斜角位移α发生Δα变化时，则差动电容器1.2的电容C随同变化ΔC，再通过电容/电压变换器2转换，则有电压V的变化ΔV，ΔV正比于Δα。通过人工测读器3读出被测对象倾斜角位移Δα；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 $\mathrm{\Δ}\tilde{V}1,$ 经交流放大器2.2有 $\mathrm{\Δ}\tilde{V}2,$ 经调制与解调器2.3有Δ V1，再经直流放大器2.4有Δ V2，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，本实用新型由主体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l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。

④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；

⑦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l-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、管简1.5.2及上盖1.5.3组成一个封闭体，底座1.51和管简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。

本实用新型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，由于本实用新型结构简单、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筒(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(12)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(1.11)为一长条形金属软质薄片。

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