[发明专利]成对三等分环-圆嵌套极板相向交错放置式倾角测量方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于角度测量技术领域，主要涉及一种倾角测量方法与装置。

背景技术

目前，公知的测量倾角的传感方法是利用液体的表面在静止状态下始终保持水平的原理。内部加入了液体的容器发生倾斜，稳定后液面保持水平，但液体与容器的相对位置发生了变化。通过检测这一过程所引发的电学量变化，计算出容器相对于内部的液体表面的角度，进而来测定容器的倾斜角。

对于检测容器与其内部所加入的液体表面的之间的倾斜角的传感方式，可分为电阻式和静电电容式两大类。

日本专利2001-13160号公报中介绍了电阻式传感器的相关技术，是将一端封闭的圆筒状的金属容器内密封入适量的导电性液体，开口用金属圆板堵塞。将一对金属电极贯通并固定于圆板。当容器倾斜时，容器与内部的液体表面所成的角度发生变化，从而使金属电极与导电性液体的接触面积改变，使得金属容器和各金属电极之间的电阻发生变化。通过测量其电阻值的变化，就能检测出容器的倾斜角。

但是，金属电极与导电性液体的直接接触，造成电极本身金属的析出、导电性液体的电解等电化学反应，传感器的精度及稳定性很难得到长期的保障。

关于静电电容式传感器，中国CN1668892A号专利中介绍了相关技术。该传感器就是在电绝缘体制的筒状密闭容器内密封入内容积的1/2量的导电性液体，容器内平行的两个侧面上放置板状主电极，其表面有硅氧化覆盖膜，充当电介质。当容器倾斜时，容器与内部的液体表面所成的角度发生变化，使得板状主电极和导电性液体之间的电容发生变化。从而，对其电容值的变化进行测量，以检测出容器的倾斜角的大小。

但是，在这种静电电容式传感器的情况下，当筒状密闭容器发生的倾斜角度过大时，容器内部的液体偏置一侧而失去与另一个主电极的接触，此时这种传感器失去功效。由于原理的局限性，其可测倾斜角的量程总是有限的，且取决于容器内部的结构尺寸。

发明内容

本发明针对上述现有检测倾角的传感方式中金属电极与导电性液体的直接接触、传感器稳定性很难得到长期的保障、可测倾角量程的有限性等问题，本发明提出和设计了成对三等分环-圆嵌套极板相向交错放置式倾角测量方法与装置，该发明中使用的绝缘性液体避免了极板的析出等电化学反应，传感器单元中的环形共面电容结构实现了360度全量程测量。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种成对三等分环-圆嵌套极板相向交错放置式倾角测量方法，所述方法步骤如下：

(1)、将一个圆形金属板和外部圆环形金属板共面同心放置，且外部圆环形金属板沿径向三等分，得到三份三分之一圆环形金属板，所述每一份三分之一圆环形金属板分别与圆形金属板形成电容，所述一个圆形金属板与三份三分之一圆环形金属板组合得到环形共面电容测头；

(2)、将两个上述环形共面电容测头垂直浸入到绝缘性液体中，两个环形共面电容测头共轴相向放置，且两个环形共面电容测头的三分之一圆环形金属板交错分布，绝缘性液体的液面通过两个环形共面电容测头的中心，每一份三分之一圆环形金属板与圆形金属板形成的电容容值由空气的介电常数、绝缘性液体的介电常数、各自极板裸露在空气中部分所对的扇形角和浸没在绝缘性液体中部分所对的扇形角共同决定；

(3)、上述两个环形共面电容测头沿中心进行圆周旋转时，其倾角发生改变，绝缘性液体的液面保持水平，两个环形共面电容测头与绝缘性液体的相对位置发生变化，各极板裸露在空气中部分所对的扇形角和浸没在绝缘性液体中部分所对的扇形角发生改变，测量上述三分之一圆环形金属板与圆形金属板形成的电容容值的变化，求得倾角值；

(4)、上述两个环形共面电容测头沿中心进行圆周旋转，绝缘性液体液面临近任一环形共面电容测头的径向分割线时，取另一环形共面电容测头所得的计算结果作为最终倾角计算结果。