本发明专利技术公开了一种数字式水平传感器，包括外壳，外壳内设有电路系统、悬挂摆部件、液压式微位移放大部件和平行光源，所述悬挂摆部件的结构为：包括摆锤、T型推杆、摆锤转轴，摆锤通过T型推杆与摆锤转轴活动连接。该传感器有以下特点：输出的是数字信号，每个感应元都是以开关脉冲的形式输出信号，取样数据只有“0”与“1”，克服了传统的模拟量检测方式本身带有模糊的成份，避免了受温度、空气压强、电场、磁场等多种环境分布参数的影响，大大地提高了检测的准确性、可靠性，而且分辨率和精度很高，结构简单，成本低。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种数字式水平传感器，包括外壳，外壳内设有电路系统、悬挂摆部件、液压式微位移放大部件和平行光源，所述悬挂摆部件的结构为：包括摆锤、T型推杆、摆锤转轴，摆锤通过T型推杆与摆锤转轴活动连接。该传感器有以下特点：输出的是数字信号，每个感应元都是以开关脉冲的形式输出信号，取样数据只有“0”与“1”，克服了传统的模拟量检测方式本身带有模糊的成份，避免了受温度、空气压强、电场、磁场等多种环境分布参数的影响，大大地提高了检测的准确性、可靠性，而且分辨率和精度很高，结构简单，成本低。【专利说明】一种数字式水平传感器
本专利技术涉及一种数字式水平传感器。
技术介绍
目前，在工程设备水平状态测量时，用得较多的是气泡式水平仪(它是借助气泡相对刻线的偏移，凭眼睛判断被测物是否水平)，它的缺点是灵敏度有限，且不能产生电信号，不便于自动测量和自动控制，而在现有的一些水平传感器中，多是以模拟量转换的方式进行物理量的转换(如电解式、电容式等)，其输出是模拟量，取样信号只有量的变化没有质的变化(突变的)，很难抵御外部的干扰，内部的漂移，稳定性和可靠性难以满足使用要求。而数字化取样的传感器在可靠性、稳定性方面会得到根本性的改善，所以数字化物理量转换机理的研究已成为传感器研究领域的一个主攻方向。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供了一种数字式水平传感器，该传感器有以下特点:输出的是数字信号，每个感应元都是以开关脉冲的形式输出信号，取样数据只有“O”与“1”，克服了传统的模拟量检测方式本身带有模糊的成份，避免了受温度、空气压强、电场、磁场等多种环境分布参数的影响，大大地提高了检测的准确性、可靠性，而且分辨率和精度很高，结构简单，成本低。本专利技术是通过以下技术方案实现的:—种数字式水平传感器,包括外壳,外壳内设有电路系统、悬挂摆部件、液压式微位移放大部件4和平行光源，其中，所述电路系统的结构为:包括微处理器31、CXD驱动电路32、LED驱动电路34、信号处理电路33和线阵(XD26，其中，微处理器31通过LED驱动电路34与平行光源的LED阵列28连接；微处理器31通过CXD驱动电路32与线阵CXD连接26 ;微处理器31与信号处理电路33连接，信号处理电路33与线阵(XD26连接；所述悬挂摆部件的结构为:包括摆锤7、T型推杆6、摆锤转轴5，摆锤7通过T型推杆6与摆锤转轴5活动连接；所述液压式微位移放大部件4有两个，其结构为:包括储液管18以及由透明材料制成的指示管16，其中，储液管18由上壳体17和下壳体20扣合形成，储液管18内设有膜片19 (优选橡胶膜片)，膜片19下方设有圆形推板22，推板22下部连接有推杆24，相应地，下壳体20上设有导向孔23，推杆24穿过导向孔23，推杆24末端与T型推杆6紧密接触(一个液压式微位移放大部件4的推杆24与T型推杆6的一端紧密接触，另一个液压式微位移放大部件4的推杆24与T型推杆6的另一端紧密接触);指示管16位于储液管18上方，并穿过上壳体17与储液管18连通；平行光源设置在指示管16侧面，相应地，指示管16另一侧设有线阵CCD26，平行光源发出的光穿过指示管16后照射到线阵CCD26上；使用时，储液管中盛有不透明液体；所述平行光源的结构为:包括由外向内依次排列的LED阵列28、毛玻璃29和圆柱状透镜25。平行光源的工作原理为公知常识，为:LED发光后，光线通过毛玻璃经圆柱状透镜聚焦形成一条焦线(焦线与圆柱状透镜轴向平行)，得到平行光源。线阵CCD26与指示管16之间也设有用于聚焦的圆柱状透镜25。进一步地,所述外壳由壳体8、位于壳体8上部的上盖板I和位于壳体8前部的前盖板11构成，壳体8、上盖板I和前盖板11之间围成一个相对密闭的空间；壳体8底部设有两个限位块9，摆锤7位于两个限位块9之间，限位块的作用是:限制摆锤摆动范围。进一步地，上壳体17和下壳体20之间通过螺钉15连接。 本专利技术的一种数字式水平传感器的工作原理为:在重力作用下，摆锤7总是力图保持铅锤方向，当外壳随被测物倾斜时，摆锤7将相对外壳摆动一个角度(倾斜角AQ)，从而带动T型推杆6转动同样的角度，并推动推杆24产生相应的位移」L1，通过检测」L1就可以获得外壳的倾斜角AQ (tanAQ= ^ L1 / h，其原理为公知数学常识，在此不再赘述)。L1检测量过程为:当推杆24产生位移时，相应的储液管18中的膜片19也产生相同的位移」L1，进而使指示管16中的液体长度产生相应的变化，变化量为」L2，且」L2= (D/a)2 Zl L1O公式推导如下:由于液体不可压缩则有Sd」L1=Sa」L2其中Sd= Ji (D/2) 2Sa= Ji (a/2)2故有Ji (D/2)2 Z L1=Ji (a/2)2 ^ L2整理得Z L2= (D/a)2 ^ L1其中，D为储液管直径，a为指示管直径如图9所示。通过测量」1^2就可得到Z L1, Z L2的测量过程为，平行光源发出的光信号，在没有被透明的指示管16中的液体(液体为不透明液体)遮挡的部分光信号能传过去，线阵CCD26的象元能接收到光信号，输出为数字信号“I”(经信号处理电路处理后)，而被透明的指示管16中的液体遮挡的部分光信号就传不过去，线阵CCD26的象元接收不到光信号，输出为数字信号“O”。微处理器31根据预定的算法对数字信号处理得到」L2 (当被测物倾斜时两个指示管中液面出现差动，两个CCD中接受光信号的象元数不在相等，微处理器通过计算其差值来确定^ L2，其原理为现有技术中成熟的技术，在此不再赘述)，进而得到Z L1，并根据tan Λ Q=」L1 / h得到倾斜角Λ Q，最后通过Λ Q确定水平度。(注:」L2= (N2-N1)cI /2其中，NpN2分别为两个CCD中受光照的象元个数，d为象元间距)。液压式微位移放大部件是起预变换器的作用(感受被测量Z L1并通过CCD将其变换为与被测量^ L1有确定关系的电量)，同时还起着提高分辨率的作用(例如取(D/a)2=100，则相当于把」L1放大100倍，其中，」L2= (D/a)2」L1, D为储液管直径，a为指示管直径，如图9所示，当取CCD的象元间距为0.01mm时，则对」L1的分辨率由0.01mm变为，0.01mm / 100=0.0001mm)。采用双(两个)液压微位移放大部件的作用是: I)确定原点(倾斜角度为零的点)，当两个指示管中的液面高度相同时(两个CCD的象元接受光信号的情况相同，即受光象元个数相同)，定义倾斜角为零(只有发生倾斜时两个指示管中的液面才出现差动，即一个升高另一个降低)。2)判定倾斜方向(当左边指示管中的液面升高时定义倾斜角为正，反之为负)。3)减小温度的影响，当指示管中的液体长度因温度变化而变化时，因变化方向相同(同时升高或降低)且大小一样，因此相互抵消(减小温度的影晌对提高仪器的精度、灵敏度和稳定性来说是非常重要的)。4)实现自动调零(只要两个指示管中的液面高度一样就定为零点)。本专利技术的液压式微位移放大部件中的储液管相当于液压缸中的缸筒，膜片相当于液压缸中的活塞(膜片用橡胶材料制成)，采用膜片作活塞不但密封可靠，还不会出现像刚性活塞那样的卡死问题，从而本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓明，吴明海，许建强，魏欣冰，刘克敬，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。