光电子倾斜度传感器制造技术

本发明专利技术涉及用于确定参考平面（06）相对水平面的倾斜度的光电子倾斜度传感器。该传感器包括带有液体层（11）的传感器本体，液体层的自由表面是能够相对参考平面（06）倾动的水平面并且形成相对邻接的介质的光学界面（12）。布置在液体层（11）之下的光源（02）将光辐射（14）穿过液体层（11）地发射到界面（12）上。布置在液体层（11）之下的光学传感器面（03、04）探测由界面（12）反射的光辐射（14'）。分析单元依赖于通过光学传感器面（03、04）接收的光量来确定参考平面（06）的倾斜度。根据本发明专利技术，在光源（02）与液体层（11）之间布置有用于使光辐射（14）偏转或进行第一全反射的偏转元件（09），从而使得光辐射（14）由于偏转或第一全反射而相对界面（12）以如下方式倾斜，即，不仅在倾斜的状态中而且在不倾斜的状态中在界面（12）上均出现第二全反射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据权利要求I的前序部分所述的光电子傾斜度传感器，用于确定參考平面相对水平状态的傾斜度，尤其是用于同时检测关于两个轴线的傾斜度。
技术介绍
类属的光学傾斜度传感器包括以液体部分填充的传感器本体，其中，液体层提供了光学界面(例如在液体和空气之间)，该光学界面形成水平面。在传感器本体上例如构造參考平面为底部面，该參考平面的傾斜度要被确定。此外，设置有用于发射穿透液体的并且指向到界面上的光辐射的光源。用于探测由界面反射的光辐射的光学传感器面布置在传感器本体内部或布置在传感器本体之外。最后，设置有分析単元用于依赖于通过光学传感器面接收的光量来确定平面的傾斜度。 DE 19819610C1描述了ー种光学傾斜度测量仪，其中壳体填充以透明液体，该透明液体依赖于傾斜度地改变了光学辐射束的方向。设置有用于结构照明的或用于产生光点的光源，该光源使光辐射以如下方式指向到液体-空气界面上，即，该光辐射的反射入射到传感器面上并且在那里被探測。用于使结构或光点或光斑成像的光学器件布置在壳体的底部的下侧上或者是该底部的组成部分。此外，该光学器件由卩隹ー的I禹合输入和I禹合输出光的并且对结构或光点进行成像的元件形成。DE 202007002771U1描述了ー种双轴式的光学傾斜度测量仪，其具有作为射束源的LED ;带有构造了水平面的液体的壳体；用于接收射束的传感器；以及光学器件，其具有用于将射束成像在传感器上的光路。此外，该设备包括用于根据由传感器发出的信号来确定傾斜度的分析単元。光学器件将标记在传感器上以如下方式成像，即，根据标记在传感器上的状态可以确定在两个正交的轴线上的傾斜度。射束应在反射时在液体水平面上基本上垂直地被反射。在光辐射在液体水平面上垂直入射到界面上的情况下能期望的是，光的大部分并不反射而是在界面上或强或弱地经折射地出射。FR 2868834B1描述了ー种双轴式的傾斜度传感器，其包括区段地球形成型的传感器本体，在该传感器本体中布置有构造了水平面的液体。传感器本体在其旋转轴线处具有光辐射源，该光辐射源将环形光辐射引导到液体表面上。该环形光辐射在表面上被反射并且借助传感器来探測。传感器布置在传感器本体之外。该传感器本体包括四个窗ロ，被反射的光辐射通过这四个窗ロ可以入射到传感器上。这些窗ロ要么设置在传感器本体的下侧上要么设置在球形壳面上。传感器在此体现北-南轴线或者说东-西轴线。同样已知了带有水准仪的傾斜度測量器。针对ニ维测量使用了圆水准仪。具有这种圆水准仪的傾斜度传感器例如在DE 102005056736B4中予以描述。为了在圆水准仪的情况下以电子方式获知傾斜度，在盖玻璃之上布置有辐射器接收器组件，其中，由辐射器发出的光在盖玻璃-空气泡界面上在居中的空气泡的情况下至少部分被全反射。该水准仪传感器的缺点尤其在于，水准仪贴靠的表面以确定的半径弯曲。曲率在此与对水准仪的灵敏度的要求适配并且通过磨削来制造，这以一定规格使表面粗化，由此气体泡会易于跳动并且影响传感器的精度。基于气体泡的形状和盖玻璃的曲率而得到传感器的非线性的特征曲线。此外，气体泡的大小依赖于传感器的温度，这不利地影响到这种传感器的使用领域。由杂志“Technisches Messen”(第75期,2008年)公开了基于激光器的福射器接收器组件，其具有用于测量散射光的整合的微光学装置。该辐射器接收器组件以方形的硅衬底形式实现，在该硅衬底中引入旋转对称的光电ニ极管部段。这些光电ニ极管部段围绕激光器处在其中的中央深刻蚀部。在硅衬底上施布有间隔介质，该间隔介质由对于激光的波长而言非透射的玻璃制成。在激光器和光电ニ极管上，间隔保持器设有穿通部。这样，源和接收器彼此光学上被隔离。在穿通部的中央区域中安置有微光学装置。通过光学装置承载件来使传感器完备。该光学装置承载件一方面由化学上耐受的材料制成的承载件构成。另ー方面，在该承载件的下侧上施布有不透光的并且可结构化的光阑。在光阑结构上存在微光学装置。该微光学装置具有环的形状，该环具有径向对称的非球形横截面(环形透镜) 。
技术实现思路
本专利技术所基于的任务是提出一种基于形成水平面的液体的光电子傾斜度传感器，该光电子傾斜度传感器允许了精确地探测參考平面相对水平面的傾斜度，优选參考两条明确限定參考平面的状态的轴线。该倾斜度传感器应相对周围影响是鲁棒性的并且可以相对低消耗地制造。该任务根据本专利技术通过具有权利要求I的特征的傾斜度传感器来解決。用于确定參考平面相对水平状态的傾斜度的傾斜度传感器首先以已知的方式包括以液体部分地填充的传感器本体，该传感器本体在其内部具有形成水平面的光学界面(例如在液体和空气之间)。在传感器本体的表面上构造有參考平面，该參考平面的傾斜度应被确定。此外，传感器包括至少ー个光源，用于将光辐射穿过液体地发射到界面上。用于探測由界面反射的光辐射的光学传感器面布置在传感器本体内部。分析単元依赖于通过光学传感器面接收的光量来确定參考平面的傾斜度。根据本专利技术，在光源与液体之间设置有偏转元件，在穿过液体之后发生在光学界面上的第二次全反射之前，光辐射通过该偏转元件第一次被全反射。本专利技术的优点尤其如下地可看到，S卩，通过将光辐射面式地入射到界面上保证了近似完全的全反射。由于在界面上的散射或折射仅有非常少量的光损失，从而使得辐射器接收器组件可以价格低廉地制造。在本专利技术的特别优选的实施形式中，将光辐射形成为环形光辐射。光辐射源优选包括环形透镜和/或呈环形的光阑用于形成光辐射。在合乎目的的实施形式中，光源布置在硅衬底的腔体中并且垂直于传感器的平面取向。该设计方案可以利用可容易地操作的制造方法来价格低廉地产生。在有利的实施变形方案中，光学传感器面通过至少两个光电ニ极管形成，这两个光电ニ极管与光源一起布置在硅衬底上。通过合适的エ艺步骤可以将全部有源部件直接构造在承载件衬底上。该至少两个光电ニ极管在此正对面地布置在光源左侧和右侧。在參考平面没有倾斜的情况下，这两个光电ニ极管所探測的光量基本上相等，而在存在倾斜的情况下在光电ニ极管上光量相反地改变。在特别优选的实施形式中，光学传感器表面通过大量呈部段形的光电ニ极管形成，这些光电ニ极管围绕光源同心地布置。在此，各两个正对面地布置的光电ニ极管形成了提供传感器信号的一対。两个光电流之差可以被用作信号。用于制造第一全反射的偏转元件在使用环形光辐射的情况下优选呈截锥体形地实施并且伴随着光源居中地布置，其中，截锥体的指向光源的顶面具有小于环形辐射的直径的直径，并且截锥体的指向液体层的底面具有大于环形辐射的直径的直径，从而使得环形辐射完全在偏转元件的壳面上朝着界面方向被反射。截锥体的角度在此被如下地选择，即，从而使得根据所使用的介质的不同达到至少ー个根据斯涅耳折射定理获知的临界角作为光辐射的入射角。偏转元件在优选的实施形式中形成为在透光的层中的腔体。透光的层在此优选由丙烯酸玻璃制造。在透光的层的上侧上，偏转元件通过加深部设有截锥体的形状。在该透光的层上在传感器中现在布置有液体，其中，液体也填满在透光的层中的加深部。在另外的优选的实施形式中，在透光的层中的腔体填充以气体或设有真空。这可以以如下方式发生，即，薄的玻璃板例如粘合到透光的层上。在该板上于是可以布置任意的 液体。基于层的以及已提及的材本文档来自技高网...

【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：拉尔夫·米勒，
申请(专利权)人：赛多利斯称量技术有限责任公司，
类型：
国别省市：