[发明专利]多轴泡瓶装置

说明书

背景技术

不同类型的水准瓶(level vial)被用于广泛的多种控制系统中，其中机器元件的取向被测量并控制。典型地，该瓶被固定于机器元件上。该瓶随着该元件移动且提供一个或多个电输出，该电输出指示水准瓶和机器元件相对于至少一个轴的取向。例如，这种水准瓶可以形成系统的一部分，该系统控制激光束发射器的取向和由该发射器产生的光束的取向。在这种类型的发射器中优选包括两个水准瓶，每一个瓶都提供对该发射器相对于一对基本上正交的轴中的一个的取向的指示。 

通常，水准瓶包括玻璃或塑料瓶壳，该瓶壳限定细长的液体腔。该腔具有弯曲的上表面，该上表面向下倾斜，远离该瓶的中心。该腔被液体部分填充，从而由该液体在该腔中陷入空气泡。由于该水准瓶相对于基本水平的轴倾斜，垂直于腔的延长方向，所以瓶中的气泡穿过腔的弯曲表面向更高的两端移动。气泡的移动的程度是瓶相对于水平线的取向的指示。不同的布置被用于检测气泡的位置并产生电信号，该电信号取决于水准瓶的取向，从而指示机器元件的取向。 

一种类型的水准瓶包括不导电的瓶壳，通常由玻璃制得，该瓶壳限定细长的弓形腔，该腔基本向下向着它的相对端弯曲。一些导电液体被提供于该腔中。这例如，种液体可以具有酮成分。一对端电极与该腔的上部电连通，与其相对端相邻，且向着所述腔的中心部分延伸。 

普通的电极沿着腔的下表面在其整个长度上基本上延伸。腔中的空气泡升至该腔的最高部。应当理解的是，由于该瓶在一个方向上倾斜，从一个端电极通过导电液体到该普通电极的通路的电阻抗会增加，而从另一个端电极到该普通电极的通路的电阻抗会减少。当该瓶在相反方向倾斜时，端电极至普通电极的电阻抗以相反的方式改变。 当该水准瓶布置很好地工作时，需要将连接导线置于水准瓶的上方和下方。这又意味着所有的相关部件不能都被安装到一个单独的电路板上。此外，需要两个这样的水准瓶以估计机器元件相对于两个水平轴的取向。 

其它水准瓶使用光学照相(photo-optical)布置以检测液体腔中的气泡的位置。在一个这样的布置中，光源发出光束，该光束穿过该腔且由一对与瓶的相对末端相邻的光电检测器检测。由于该气泡向瓶的一端移动，到达光电检测器的光的量发生改变，且来自光电检测器的相对电输出信号提供对瓶的倾斜程度的指示。该水准瓶布置具有一缺点，即需要位于瓶的上方和下方的部件以便确定光束的位置。这种布置的缺点是，它需要光源和光电检测器、以及它们的相关的电连接被同时提供于水准瓶的上方和下方。与上面描述的其它类型的水准瓶一样，这意味着所有的相关部件不能被安装于一个单独的电路板上。此外，需要两个这种的水准瓶以估计机器元件相对于两个水平轴的取向。 

从而，可以看出，对于水准瓶结构存在这样的需求，其中所有的电子部件可以被安装于一个单独的电路板上，且其中相对于两个基本上正交的轴的倾斜可由单个水准瓶测出。 

发明内容

根据本发明构造的多轴泡瓶(bubble vial)装置满足了这些需求。该装置包括：泡瓶，其具有透明瓶体，该瓶体限定具有弯曲上表面的液体腔；以及一些液体，其部分填充该腔。该液体在该腔的上部中限定了气泡，该气泡根据该瓶的取向沿上表面移动。置于中心处的(centrally positioned)光源，位于泡瓶上方，将光导入到腔中。四个光传感器被置于泡瓶上方，并围绕置于中心处的光源布置。第一对光传感器沿第一轴被置于光源的相对侧上。第二对光传感器沿第二轴被置于光源的相对侧上。第二轴基本上垂直于第一轴。反射器被置于液体腔的下方，从而从光源发出的光穿过气泡和液体，并被反射器反射回光传感器。由第一对传感器检测到的光的相对水平指示第一轴相对于水平线的取向，而由第二对传感器检测到的光的相对水平指示第二轴相对于水平线的取向。 

该反射器包括反射镜反射器，置于泡瓶下方。该反射器可包括具有反射表面的反射镜，该反射镜过粘合剂被粘合固定于泡瓶上，所述粘合剂的折射率与制得泡瓶的材料的折射率基本上相同。 

该反射器可包括反射涂层，该反射涂层位于液体腔的与弯曲表面相对的表面上的腔中。与弯曲表面相对的表面基本上是平坦的。 

置于中心处的光源包括发光二极管。四个光传感器中的每一个都包括光电二极管。 

液体腔在弯曲表面和相对表面之间的侧面是光吸收性的，从而减少了外部光反射。可以遮蔽外部光以保护泡瓶，外部光可能会将误差引入到对该装置沿着第一轴和第二轴的测量的取向中。反射器可包括涂敷于泡瓶的外侧底面上的反射涂层。