水介质电容／频率变换式多用途传感器制造技术

一种水介质电容／频率变换式多用途传感器，其特征在于，它具有一包括充放电电容在内的阻容振荡频率发生器，其中充放电电容由两块相隔一定间距且平行放置的金属极板构成，充放电电容的两金属极板固定装设在一盛有水的容器内，一定深度的水浸渍在两金属极板之间而形成充放电电容的绝缘介质，阻容振荡频率发生器的其它元器件装设在一电路板上，充放电电容的两金属极板通过导线与电路板上相关的元器件相连。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及一种以采用电的方法为特征来测量物体的倾斜度和角度以及测量水深度的的测量传感装置，具体地说，涉及一种水介质电容/频率变换式多用途传感器。
技术介绍
现有用于测量物体倾斜度(即水平度或垂直度)的传统器具为水平尺，它所依据的基本原理是一个装有水的容器，在地球引力作用下不论容器的法线与地平面呈何角度，其水平面总是与地平面相平行，其水平面与容器法线的夹角即为倾斜角。传统的水平尺正是利用这一点制成，人们通过观察水中气泡是否处在水平尺的正中位置来确定被测物是否水平或垂直。但是水平尺的缺点是，测量结果全凭肉眼观察得出，不仅存在一定的视差，而且测量值不能按角度精确量化，只是给予粗略指示。更为欠缺的是，测量结果不能转化成可供电脑接受的数字信号进行存贮、显示、打印以及用于自动控制，这样显然满足不了当今数字信息化时代的发展需要。现有测量物体角度的器具有量角仪、仰角仪等，其缺点是须凭肉眼观测结果，不能转化成数字信号供电脑存贮处理，而且测量过程中人工操作甚为麻烦和繁琐。现有测量水深度一般采用电阻法或干簧管配磁传感器法，其缺点是测量结果粗略分档而未连续地精确量化，也不能转化成数字信号供电脑存贮处理和用于自动控制。
技术实现思路
为了解决现有测量物体的倾斜度和角度以及测量水深度的器具存在着的测量结果未连续地精确量化且不能方便地转化成数字信号以供电脑存贮处理等问题，本技术的目的，乃是提供一种可用于测量物体的倾斜度或角度或测量水深度的水介质电容/频率变换式多用途传感器，使得其不仅能将测量结果连续地精确量化，而且还能转化成数字信号以供电脑存贮处理和用于自动控制，同时还使得其操作使用方便易行。本技术所采用的技术方案如下。它具有一包括充放电电容在内的阻容振荡频率发生器，其中充放电电容由两块相隔一定间距且平行放置的金属极板构成，充放电电容的两金属极板固定装设在一盛有水的容器内，一定深度的水浸渍在两金属极板之间而形成充放电电容的绝缘介质，阻容振荡频率发生器的其它元器件装设在一电路板上，充放电电容的两金属极板通过导线与电路板上相关的元器件相连。具有上述结构的本技术在安装使用时，电路板最好用安装盒安装在其盛水容器的外侧壁上或容器内部而方便携带使用。当然，电路板也可单独装在盛水容器外的一电路盒内。测量时，将本技术的盛水容器放置在被测物上，由于被测物具有一定的倾斜度或角度或水深度，所以盛水容器内浸渍在充放电电容的两金属极板之间的作为填充绝缘介质的水就具有一定的高度和面积，因此，根据金属极板电容量的计算公式，此时电容量C的大小应为C＝A1ε1+A2ε2 上式中，A1和A2分别为金属极板的被水浸渍部分的面积和未被水浸渍部分的面积，ε1和ε2分别为水和空气的介电系数，即ε1＝80，ε2＝1，d为两金属极板之间的距离。且由上式可知，A1越大(即水浸渍的高度越高)，则电容量C就越大，而且几乎是成80倍地增加，它们之间可建立起一一对应的几乎是线性的关系。而如前所述，该充放电电容处在阻容振荡频率发生器电路中，该频率发生器输出频率的大小又与充放电电容的电容量大小具有一定的对应关系，因此说，输出频率的大小就与A1的大小(即水浸渍的高度)之间形成了一定的对应关系。由此可进一步得出，输出频率的大小与被测物的倾斜度或角度或水深度之间形成了一定的对应关系。于是，在正式测量时就可将本技术外接一由单片机进行编程控制的频率(占空比)/数字转换电路，就可将本技术输出的频率信号方便地转换为数字信号，从而使得数字信号与被测物的倾斜度或角度或水深度之间建立起一定的对应关系，再将此数字信号通过异步通讯RS-232接口就可供电脑进行显示、存贮、打印等处理和用于自动控制，从而测量出被测物的倾斜度或角度或水深度。本技术具有如下优点和有益效果①利用水介质浸渍高度和面积对电容量大小的影响，以及采用阻容振荡频率发生器进行电容/频率变换，使得本技术的频率输出信号与充放电电容的电容量大小和被测物的倾斜度或角度或水深度建立起一定的对应关系，这就使得最后的测量结果可以连续地精确量化，从而提高测量精度，同时还可避免肉眼观测判断带来的误差。②输出的频率信号可供常用的频率(占空比)/数字转换电路方便地转换成数字信号而供电脑进行显示、存贮、打印、联网等处理和用作自动控制等，满足用户对测量结果的各种需要。③操作使用方便易行，携带保管也很便利。附图说明图1为本技术的阻容振荡频率发生器采用单电容多谐振荡器的一种具体电路实施例；图2为本技术的阻容振荡频率发生器采用双电容式多谐振荡器的一种具体电路实施例；图3为采用图1所示电路的本技术用作小倾斜角度测量传感器的实施例的正向剖视图；图4为图3的A-A剖视图；图5为图3本技术测量时的示意图；图6为采用图1所示电路的本技术用作水深度测量传感器的实施例的盛水容器及内装充放电电容的正向剖视图；图7和图8分别为图6的B-B和C-C剖视图；图9为图6本技术用于水深度测量时的使用示意图；图10为采用图2所示电路的本技术用作小倾斜角度测量传感器的实施例的正向剖视图；图11为图10的D-D剖视图；图12为图10本技术测量时的示意图；图13为采用图2所示电路的本技术用作大倾斜角度测量传感器的实施例的正向剖视图；图14和图15分别为图13的E-E和F-F剖视图；图16为图13本技术测量时的示意图；图17为本技术与外接的频率(占空比)/数字转换电路、RS-232接口及电脑联用时的电原理方框图；图18为采用多个图3所示本技术与外接的频率(占空比)/数字转换电路、RS-232接口及电脑联用以测控一个大范围平面时的使用示意图。具体实施方式参见图1，该阻容振荡频率发生器由充放电电容C1、电阻R1与R2、非门U1A、U1B、U1C、U1D及电池连接构成，其中C1的一端与U1A的第2脚和U1B的第3脚共连在一起，C1另一端与R1和R2的一端共连在一起，R1的另一端与U1B的第4脚相连，R2的另一端与U1C的第5脚相连，U1A第1脚与UIC第6脚及UID第9脚共连在一起，U1D第8脚作为频率信号输出端OUT，U1A第14脚和第7脚分别与电池的正极Vcc和负极Vee相接。其中C1与R1构成充放电回路，且当R1固定时，该电路的输出频率随电容C1的改变而改变。非门U1A-U1D的型号可采用CD4069。参见图2。该阻容振荡频率发生器由三极管V1与V2、充放电电容C2与C3、电阻R3至R6及电池连接构成，其中V1的集电极与C2和R3的一端连在一起作为频率信号输出端OUT1，V2的集电极与C3和R6的一端连在一起作为频率信号另一输出端OUT2，V1的基极与C3的另一端及R5的一端连在一起，V2的基极与C2的另一端及R4的一端连在一起，R3、R4、R5及R6的另一端连在一起再与电池的正极Vee相接，V1与V2的发射极共连在一起再与电池的负极Vcc相接。其中C2与R4、C3与R5分别构成充放电回路，OUT1和OUT2端输出频率分别由C2·R4和C3·R5决定。当取R4＝R5、C2＝C3时，其频率固定，且正、负方波的占空比对称。参见图3、图4、图5及图1。该实施例采用如图1所示的阻容振荡频率发生器。其中充放电电容1(即是图1中的C1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：周连钧，胡斗南，
申请(专利权)人：周连钧，
类型：实用新型
国别省市：