[发明专利]一种球面电容式平面水平检测传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术、传感技术、机械制造技术等领域，特别是一种球面电容式平面水平检测传感器。

背景技术

常用的水平仪种类有框式水平仪、钳工水平仪及合象水平仪，它们都是以水准器作为测量和读数元件。水准器是一种密封的玻璃管，管内装有粘滞系数较小的液体，并留有小气泡，根据气泡的位置来判断水平仪是否水平。优点是结构简单，缺点是，受温度影响、读数不准确，且不能确定倾斜的具体角度。

发明内容

该发明为解决现有水准仪的不足，设计一种半球形平面水平检测装置。该装置包括塑料基架（1）、外半球面电极（2）、内半球面电极（3）、球面储液腔（4）、液态电介质（5）、信号调理电路（6）；塑料基架（1）的上面成球面形，下面成平面形；外半球面电极（2）、内半球面电极（3）、信号调理电路（6）安装在塑料基架（1）内，外半球面电极（2）在上层，内半球面电极（3）在中层，信号调理电路（6）在下层；外半球面电极（2）与内半球面电极（3）嵌套形成球面储液腔（4），球面储液腔（4）内盛放液态电介质（5）。球面储液腔（4）内存有气泡。外半球面电极（2）包括电极A（2-1）、电极B（2-2）、电极C（2-3）、电极D（2-4）；内半球面电极（3）包括电极E（3-1）、电极F（3-2）、电极G（3-3）、电极H（3-4），外半球面电极（2）的四个电极和内半球面电极（3）的四个电极两两相对，分别构成四个电容器C1、C2、C3、C4。信号调理电路（6）为二极管双T型电路，由信号源、二极管、电阻和电容组成，C1、C3构成第一组二极管双T型电路，C2、C4构成第二组二极管双T型电路。

该发明的特点是电容结构和电路结构简单、能检测平面水平状态。

附图说明

图1为发明机械结构截面图，图2为俯视图，图3为电路原理图；

图1和图3中，1为塑料基架、2为外半球面电极、3为内半球面电极、4为球面储液腔、5为液态电介质、6为信号调理电路；

图2中，2-1为电极A、2-2为电极B、2-3为电极C、2-4为电极D；3-1为电极E、3-2为电极F、3-3为电极G、3-4电极H。

具体实施方式

该发明包括塑料基架（1）、外半球面电极（2）、内半球面电极（3）、球面储液腔（4）、液态电介质（5）、信号调理电路（6）；塑料基架（1）的上面成球面形，下面成平面形；外半球面电极（2）、内半球面电极（3）、信号调理电路（6）安装在塑料基架（1）内，外半球面电极（2）在上层，内半球面电极（3）在中层，信号调理电路（6）在下层；外半球面电极（2）与内半球面电极（3）嵌套形成球面储液腔（4），球面储液腔（4）内盛放液态电介质（5）。球面储液腔（4）内存有气泡，通过观察气泡位置，由人工也可以判断水平情况。外半球面电极（2）包括电极A（2-1）、电极B（2-2）、电极C（2-3）、电极D（2-4）；内半球面电极（3）包括电极E（3-1）、电极F（3-2）、电极G（3-3）、电极H（3-4），外半球面电极（2）的四个电极和内半球面电极（3）的四个电极两两相对，分别构成四个电容器C1、C2、C3、C4。信号调理电路（6）为二极管双T型电路，由信号源、二极管、电阻和电容组成，C1、C3构成第一组二极管双T型电路，C2、C4构成第二组二极管双T型电路。

本实施例中，外半球面电极（2）、内半球面电极（3）的垂直投影直径为30mm，外半球面电极（2）的圆弧半径为22mm，内半球面电极（3）圆弧半径为20mm，外半球面电极（2）与内半球面电极（3）相距2mm。电极A（2-1）与电极E（3-1）构成电容C1，电极B（2-2）与电极F（3-2）构成电容C2，电极C（2-3）与电极G（3-3）构成电容C3，电极D（2-4）与电极H（3-4）构成电容C4。

本实施例中，测量电路采用两组二极管双T型电路，第一组二极管双T型电路包括二极管VD1、VD3，电阻R1、R3、R_L1，电容C1、C3和信号源Vs；VD1、R1、C1构成一个T型，VD3、R3、C3构成另一个T型。第二组二极管双T型电路包括二极管VD2、VD4，电阻R2、R4、R_L2，电容C2、C4和信号源Vs；VD2、R2、C2构成一个T型，VD4、R4、C4构成另一个T型。信号源Vs为频率为4000Hz的方波。

当塑料基架（1）水平放置时，球面储液腔（4）内的气泡在半球面电极正中央，电容C1、C2、C3、C4的容量相等，两组二极管双T型电路的输出电压U1和U2均为零；当塑料基架（1）放在倾斜平面时，C1、C2、C3、C4的容量发生变化，如果C1≠C3，U1不为零，C2≠C4，U2不为零。通过观测U1和U2的电压值来确定平面倾角的角度和方向。