【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于小倾角测量，具体涉及基于差动电容式倾角传感器的电子水平倾角测试仪及测量方法，用于待测量平面在任意方向相对于水平位置倾斜角度的测量。
技术介绍
1、平面水平仪是航空航天、土木工程、机械制造、信息技术等工业领域中经常使用的进行角度测量的精密测量仪器。平面水平仪按照工作原理可以分为气泡水平仪和数字水平仪两种。
2、传统的气泡型水平仪的工作原理是利用气泡在玻璃管内的液体介质中，可经常保持在最高位置的特性。因液体介质温度敏感性高，而装置缺乏温度补偿造成较大的温度误差，同时零位判断需要通过人工观察不断调节几个水平微调螺丝完成；由于每个人的操作和观测习惯不同，导致检测过程零位判断模糊，具有一定的主观性，造成测量精度不高，较低的测量精度难以满足日益增长的高端精密装备、信息技术、微电子技术等工业领域中倾角精密测量要求。
3、平面数字水平仪的工作原理主要是利用角度传感器敏感水平倾角，将倾角以数值的形式直接在数码管上显示或上传到计算机进行显示和处理。是属于新一代精密检测仪器，具有测量精度高、测量范围广、响应速度快、稳定性好等优点，广泛应用于机械制造、工业生产、农业生产、船舶、桥梁、平台校准等领域，可以进行精确的水平、垂直直线导轨的测量。
4、因平面数字水平仪的检测精度受到内部倾角传感器的材料、结构、加工工艺、电路和控制系统的影响较大，目前，平面数字水平仪的检测方式和检测精度差别较大，质量稳定性不好。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供一种
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述高精度水平倾角测试仪包括外壳、底座；
4、在所述外壳内部设置差动电容式倾角传感器模块、测量电路模块和控制模块；所述测量电路模块和所述差动电容式倾角传感器模块连接，所述测量电路模块通过模数转换器adc和所述控制模块连接；所述差动电容式倾角传感器模块固定设置在所述底座的上部；
5、测量时，将所述水平倾角测试仪的底座置于被测工件上，所述差动电容式倾角传感器模块内部阻抗发生变化，所述测量电路模块采集所述差动电容式倾角传感器模块输出的电压数据并输出模拟信号，所述模数转换器adc将所述模拟信号转换为数字信号并传输至所述控制模块，所述控制模块计算获得所述被测工件对应的倾角数据。
6、进一步地，所述差动电容式倾角传感器模块包括差动电容式倾角传感器；所述差动电容式倾角传感器模块还包括支撑框架和传感器固定组件，所述传感器组件用于将所述差动电容式倾角传感器固定安装到所述支撑框架中；
7、所述差动电容式倾角传感器包括两片相互平行的电容极板、设置在两片电容极板中间的一个铍铜弹性基片、分别和两片所述电容极板连接的两个极板导线以及和所述铍铜弹性基片连接的基片导线；两个所述极板导线及所述基片导线和所述测量电路模块相连接。
8、进一步地，所述铍铜弹性基片包括一个圆环形框架和一个工作重力摆锤；所述工作重力摆锤包括一个弹性悬梁和一个质量块；
9、所述质量块为顶部设置长方形凹槽的圆形结构；所述弹性悬梁为长条形结构，所述弹性悬梁的一端和所述质量块的长方形凹槽的底部连接，另一端和所述圆环形框架的内环顶部位置连接；
10、所述圆环形框架的外圆直径a0的取值范围为20-30mm，所述圆环形框架的内圆直径a1的取值范围为19-28mm；所述质量块的圆直径为a2；所述圆环形框架的内圆和所述质量块外圆之间的间隙宽度b4＝a1-a2，b4取值范围0.1-0.2mm；所述质量块上的长方形凹槽的宽度a3的取值范围为2-4mm，所述弹性悬梁的宽度a4的取值范围为1-2mm，所述弹性悬梁的高度b3的取值范围为5-10mm。
11、所述铍铜弹性基片的圆环形框架采用树脂封装在两片电容极板的中间位置，工作重力摆锤能够摆动。
12、进一步地，所述弹性机构圆环形基片采用铍铜合金，铍含量在0.8-2％，所述铍铜弹性基片的厚度h1＝0.02～0.1mm。所述铍铜合金具有很高的硬度、弹性极限、疲劳极限和耐磨性，还具有良好的耐蚀性、导热性和导电性；
13、所述铍铜弹性基片为高弹性电子元件，所述铍铜弹性基片通过热处理和矫形达到最佳的性能和使用寿命。正是基于该铍铜弹性基片的各种性能，才能够保证高精度水平倾角测试仪的测试精度。
14、进一步地，测量时，将被测工件置于水平面上，被测工件包括加工平面和理想平面，所述理想平面是包含所述加工平面的一条对角线且平行于所述加工平面另一条对角线的平面，所述理想平面在测量前应调整到基本水平状态；
15、将水平倾角测试仪的底座置于被测工件的加工平面上，测量时，所述工作重力摆锤和被测工件加工平面的垂直线之间产生偏角β；所述工作重力摆锤产生的偏角β的大小等于被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角。待测倾斜误差角是由于加工精度所产生的，具体为被测工件的加工平面和理想平面之间的角度(加工平面不同位置可能对应的待测倾斜误差角不同，具体测定时，可以设置多个测量点，该角度比较小，需要采用水平倾角测试仪进行测量)。
16、进一步地，所述测量电路模块采用rc震荡发出正弦波为所述差动电容式倾角传感器做激励源；
17、将所述差动电容式倾角传感器和电阻组成惠斯通电桥，惠斯通电桥输出电压信号，电压信号经过差分放大后再经过检波处理鉴别倾角的方向；若正方向倾斜则在检波器第一通道输出，若反方向倾斜则在检波器第二通道输出。
18、进一步地，所述高精度水平倾角测试仪还包括把手；所述外壳和所述把手均设置在所述底座的上部；
19、在所述把手内部设置电池、用于容纳所述电池的电池仓；在所述把手的外壁上设置通讯接口、电源开关；
20、所述通讯接口为标准rs232接口，所述rs232接口均和所述控制模块数据连接；
21、在所述外壳的表面设置触摸模块和屏幕模块；所述触摸模块和所述屏幕模块均和所述控制模块连接。
22、进一步地，所述高精度水平倾角测试仪还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述外壳的内部，所述温度传感器和所述控制模块数据连接；所述高精度水平倾角测试仪还包括蓝牙通信模块，所述蓝牙通信模块和所述控制模块连接。
23、一种倾斜角度测量方法，采用所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角的计算方法为：
24、测量时，将水平倾角测试仪的底座置于被测工件的加工平面上，所述工作重力摆锤和被测工件加工平面的垂直线之间产生偏角β，所述工作重力摆锤产生的偏角β的大小等于被测工件加工平面对应的c；
25、所述铍铜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述高精度水平倾角测试仪包括外壳、底座；
2.根据权利要求1所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述差动电容式倾角传感器模块包括差动电容式倾角传感器；
3.根据权利要求2所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述铍铜弹性基片包括一个圆环形框架和一个工作重力摆锤；所述工作重力摆锤包括一个弹性悬梁和一个质量块；
4.根据权利要求3所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述弹性机构圆环形基片采用铍铜合金，铍含量在0.8-2％，所述铍铜弹性基片的厚度h1＝0.02～0.1mm。
5.根据权利要求4所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，测量时，将被测工件置于水平面上，被测工件包括加工平面和理想平面，所述理想平面是包含所述加工平面的一条对角线且平行于所述加工平面另一条对角线的平面，将所述理想平面在测量前调整到基本水平状态；
6.根据权利要求1所述
7.根据权利要求1所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述高精度水平倾角测试仪还包括把手；所述外壳和所述把手均设置在所述底座的上部；
8.根据权利要求1所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述高精度水平倾角测试仪还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述外壳的内部，所述温度传感器和所述控制模块数据连接；所述高精度水平倾角测试仪还包括蓝牙通信模块，所述蓝牙通信模块和所述控制模块连接。
9.一种倾斜角度测量方法，采用权利要求1-8任一项所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，被测工件加工平面对应的待测倾斜误差角的计算方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述高精度水平倾角测试仪包括外壳、底座；
2.根据权利要求1所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述差动电容式倾角传感器模块包括差动电容式倾角传感器；
3.根据权利要求2所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述铍铜弹性基片包括一个圆环形框架和一个工作重力摆锤；所述工作重力摆锤包括一个弹性悬梁和一个质量块；
4.根据权利要求3所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，所述弹性机构圆环形基片采用铍铜合金，铍含量在0.8-2％，所述铍铜弹性基片的厚度h1＝0.02～0.1mm。
5.根据权利要求4所述一种基于差动电容式倾角传感器的高精度水平倾角测试仪，其特征在于，测量时，将被测工件置于水平面上，被测工件包括加工平面和理想平面，所述理想平面是包含所述加工平面的一条对角线且平行于所述加工平...
【专利技术属性】
技术研发人员：王世雷，肖华林，谢旭，齐欣，
申请(专利权)人：青岛前哨精密仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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