CN2802441Y - 便携式倾角测量装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型旨在提供一种结构简单，抗冲击和抗振性能好，精度高，便于携带的便携式电子倾角测量装置。该装置包含一个机壳、位于机壳上的一个显示单元以及一组操作钮、装在机壳内部的测量回路以及给显示单元和测量回路供电的电源。该机壳具有一个测量参考面。该测量回路包含一个倾角感应单元，其包含一个容纳有气体的密封空腔、布置在密封空腔内部的一个加热元件和一组温度感应元件。该组温度感应元件包含至少一对关于加热元件对称的温度感应元件。该装置测量回路中的倾角感应单元还具有一条穿过加热元件的第一轴线，第一对关于加热元件对称的温度感应元件处于第一轴线上。第一轴线平行于该装置机壳上的测量参考面。

Description

便携式倾角测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种倾角测量装置，尤其是一种利用热气团对流测量原理工作的便携式电子倾角测量装置。
背景技术
在建筑工程、家庭装修以及其他建设工程中，经常需要测量一个面的倾斜角度。最简单的倾角测量装置为标有刻度的水泡或者带有指针和刻度的固体摆锤。然而采用这样的装置测量倾角精度不高，并且人为读数造成的测量误差很大。
更为精确的电子式倾角测量装置通常有电解液式倾斜计和固体摆锤式倾斜计。电解液式倾斜计利用电解液的液面始终保持水平的原理测量浸入电解液的电极的深度变化从而获得倾斜角度。固体摆锤式倾斜计利用固体摆锤在重力作用下始终保持铅垂方向的原理将固体摆锤相对于某个参考位置的偏移量转变成相应的电信号从而计算得到倾角。但是这些电子倾斜计一方面结构复杂，另一方面抗冲击和抗振性能较差，容易损坏。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单，抗冲击和抗振性能好，精度高，便于携带的便携式电子倾角测量装置。
为实现上述目的，本实用新型所提供的倾角测量装置包含一个机壳、位于机壳上的一个测量结果显示单元以及一组操作钮、装在机壳内部的测量回路以及给显示单元和测量回路供电的电源，该机壳具有一个测量参考面，该测量回路包含一个倾角感应单元，该倾角感应单元包含一个容纳有气体的密封空腔、布置在密封空腔内部的一个加热元件和一组温度感应元件。该组温度感应元件包含至少一对关于加热元件对称的温度感应元件。
该装置通过加热元件对密封空腔内的气体进行加热，在密封空腔内形成可以自由移动的热气团。当倾角感应单元被水平放置时，气团的温度分布以加热元件为中心对称。此时各个温度感应元件感应到的温度相同，因此相应的输出电信号也相同。当倾角感应单元被倾斜，由于重力作用使热气团自由对流导致热气团温度分布发生变化，从而使得各对温度感应元件的输出电信号出现差异。该差异和倾角感应单元被倾斜的程度成比例，从而可以根据该差异计算得到倾斜角度。通过利用可自由移动的热气团作为重力块，使得该倾角测量装置的结构简单，并且抗冲击和抗振性能大幅度提高。
本实用新型所提供的倾角测量装置的测量回路中的倾角感应单元还具有一条穿过加热元件的第一轴线，第一对关于加热元件对称的温度感应元件处于第一轴线上。第一轴线平行于该装置机壳上的测量参考面，使得第一轴线的倾斜角度即为测量参考面的倾斜角度。
本实用新型所提供的倾角测量装置的测量回路中的倾角感应单元还可以具有一条穿过加热元件、并垂直于第一轴线的第二轴线。第二对关于加热元件对称的温度感应元件处于第二轴线上。第二轴线垂直于该装置机壳上的测量参考面。通过将第一和第二轴线上的测量结合起来，可部分地消除温度感应部分因温度变化而导致的误差从而进一步提高测量精度。
附图说明
图1是本实用新型的优选实施方式所提供的倾角测量装置的立体视图；
图2a是本实用新型的一种优选实施方式所提供的倾角测量装置的测量回路中的倾角感应单元的示意图。
图2b是图2a中的倾角感应单元在测量时的示意图。
图3a是本实用新型的另一种优选的实施方式所提供的倾角测量装置测量回路中的倾角感应单元的示意图。
图3b是图3a中的倾角感应单元在测量时的示意图。
具体实施方式
如图1所示的是本实用新型的优选实施方式所提供的倾角测量装置1。装置1包含一个机壳11，位于机壳11上的一个显示单元12以及一组操作钮，以及装在机壳11中的电源(图1中未示出)和测量回路(图1中未示出)。操作钮包含一个电源开关钮14。明显地，操作扭还可以根据功能需要设置更多，例如再包含一个存储钮16，其中存储钮16用于存储上次的测量值。装置1还具有一个测量参考面。首选地，以机壳11的底面18作为测量参考面。显示单元12上所显示的测量值就是参考面18的倾斜角度。每次测量时，需要将被测表面靠在参考面18上。本领域的普通技术人员能够很容易联想到也可以采用机壳上的其他合适的部分作为参考面。
如图2a所示的是本实用新型的一种优选实施方式所提供的倾斜测量装置1的测量回路的原理示意图。该测量回路包含一个倾角感应单元20和一个信号处理单元(图中未示出)。倾角感应单元20包含一个容纳有气体的密封空腔201，还包含一个布置在密封空腔201中的加热元件202和一对温度感应元件203和204。密封空腔201中的气体可以是空气，也可以是其他合适的气体。加热元件202被放置在密封空腔201的中央位置。温度感应元件203和204关于加热元件202对称。倾角感应单元20具有一条穿过加热元件202的轴线X，还具有另一条穿过加热元件202、并垂直于轴线X的轴线Y。温度感应元件203和204位于轴线X上，其信号输出端分别和信号处理单元连接，使其处理温度感应元件203和204的输出信号并计算得到轴线X的倾斜角度。
当倾角测量装置1工作时，加热元件202对密封空腔201中的气体进行加热形成一个热气团。如果轴线X位于水平方向上，则热气团的温度分布关于轴线Y对称，温度感应元件203和204感应到的温度相同，此时二者的输出电信号也相同。一旦轴线X倾斜，则热气团在重力的作用下发生自由对流从而导致温度分布关于Y轴不对称，温度感应元件203和204感应到的温度不相同，此时二者的输出电信号之间存在差异，并且这种差异和轴线X倾斜角度成函数关系，可表示为：x＝gsinα，其中x表示温度感应元件203和204输出信号之间的差值，g为重力加速度，α为轴线X和水平面之间的夹角，如图2b所示，。因此可以得到轴线X和水平面之间夹角α的计算公式：α＝sin-1(x/g)。首选地，倾角感应单元20的轴线X平行于机壳1的测量参考面18，通过这种方式使得轴线X的倾斜角度就是测量参考面的倾斜角度，而不需要附加的换算。
采用上述方法进行测量，可以实现和水平面之间的0-90度范围内的精确测量。当倾角接近90度时，参与测量的两个温度感应元件的输出电信号之间的差异变化不够明显，导致信号处理电路难以精度分辨这些角度。但是上述测量方法已经可以满足绝大部分情况下的倾角测量需求。
在本发明的另一种优选实施方式中，倾角感应单元20还可以包含另一对位于轴线Y上、并关于加热元件对称的温度感应元件205和206，如图3a所示。温度感应元件205和206的信号输出端也连接到测量回路的信号处理单元上。在本实施方式中，倾角感应单元20竖直放置，使轴线X平行于测量参考面，同时轴线Y垂直于测量参考面。则轴线Y与水平面之间夹角为90°-α。因此有：x＝gsinα，并且y＝gcosα，其中y为轴线Y上的温度感应元件205和206的输出电信号之间的差值。通过推导可得α＝tan-1(x/y)。这样通过采用反正切函数就可以使得倾角测量装置可以精确分辨接近90°的角度。另外，由于环境温度和测量回路自身温升影响而产生的倾角感应单元20在轴线X和轴线Y上的测量误差也可以因此而相互抵消，从而更进一步提高测量精度。
上述的优选实施方式的文字描述和附图只是对本实用新型内容进行说明和描述，而并非要对本实用新型的保护范围进行限制。本技术领域的普通技术人员可以很容易的想到，在不脱离本实用新型的精神和范畴的前提下，本实用新型所涉及的倾角测量装置还有其他的修改方案和替代方案。本实用新型的保护范围由权利要求确定。

Claims (5)

1.一种便携式  一倾角测量装置，包含：一个机壳、位于机壳上的一个测量结果显示单元以及一组操作按钮、装在机壳内部的测量回路以及给所述测量回路和显示单元供电的电源，所述机壳具有一个测量参考面，所述测量回路包含一个倾角传感器和一个信号处理单元，其特征在于：所述倾角传感器包含一个容纳有气体的密封空腔、布置在密封空腔内部的一个加热元件和一组信号输出端和信号处理单元相连的温度感应元件。
2.如权利要求1所述的便携式  一倾角测量装置，其特征在于：所述倾角传感器具有一条穿过所述加热元件的第一轴线，第一对关于所述加热元件对称的所述温度感应元件处于所述第一轴线上。
3.如权利要求2所述的便携式  一倾角测量装置，其特征在于：所述第一轴线平行于所述测量参考面。
4.如权利要求2和3中任一项所述的便携式  一倾角测量装置，其特征在于：所述倾角传感器还具有一条穿过所述加热元件、并且垂直于所述第一轴线的第二轴线，第二对关于所述加热元件对称的所述温度感应元件处于所述第二轴线上。
5.如权利要求4所述的便携式  一倾角测量装置，其特征在于：所述第二轴线垂直于所述测量参考面。
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