[发明专利]一种倾斜度测量仪及倾斜度测量方法

权利要求书

1.一种倾斜度测量仪，其特征在于，所述倾斜度测量仪包括：

传感换能单元，固定在待测物待测面上，用于检测待测物待测面的倾斜度变化量，并将所述倾斜度变化量转换为电压变化信号；

调制放大单元，与所述传感换能单元连接，用于对所述电压变化信号进行整流滤波处理，并进行调制放大，形成电压模拟信号；

模数转换单元，与所述调制放大单元连接，用于将所述电压模拟信号转换为数字信号；

数据处理单元，与所述模数转换单元连接，用于将所述数字信号转换为倾斜度角度数值；

数据显示单元，与所述数据处理单元连接，用于显示所述倾斜度角度数值；

供电单元，分别与所述传感换能单元、所述调制放大单元、所述模数转换单元、所述数据处理单元以及所述数据显示单元连接，用于分别为所述传感换能单元、所述调制放大单元、所述模数转换单元、所述数据处理单元以及所述数据显示单元供电；

所述传感换能单元包括：

差动式电容传感器，用于检测待测物待测面的倾斜度变化量；

检测电路，分别与所述差动式电容传感器以及所述调制放大单元连接，用于为所述差动式电容传感器提供正弦波载频信号，并检测获得因所述倾斜度变化量产生的电压变化信号，并将所述电压变化信号发送至所述调制放大单元；

所述差动式电容传感器包括：

支架，固定在待测物待测面上；所述支架为矩形框架；

第一定极板，固定在所述支架与待测物接触的内侧壁上；

第二定极板，固定在所述支架另一个内侧壁上；所述第一定极板与所述第二定极板平行设置；

动极板，与所述支架的顶部连接，且设置在所述第一定极板与所述第二定极板之间；

当所述第一定极板和所述第二定极板随所述支架处在铅直状态时，所述动极板到所述第一定极板之间的距离与所述动极板到所述第二定极板之间的距离相等；当所述第一定极板和所述第二定极板随所述支架发生倾斜时，所述动极板到所述第一定极板及所述第二定极板之间的距离发生变化；

所述检测电路分别与所述第一定极板、所述第二定极板及所述动极板连接，所述检测电路通过所述第一定极板和所述第二定极板为所述差动式电容传感器提供正弦波载频信号，并通过所述动极板与所述第一定极板以及所述第二定极板检测因所述倾斜度变化量产生的电压变化信号；

差动式电容传感器的电容量按下式计算：

其中，C为电容量，S为电容器极板面积，d为极板间距，ε为极板间电介质的介电常数，ε＝ε₀ε_r，ε₀为真空介电常数，ε_r为相对介电常数；

电容量与极板间距呈反比关系，由电容与电量、电压的关系可知，电容与电压也成反比关系；电容极板间距变化量与支架的偏转角直接相关，偏转角越大，极板间距的变化量越大，由此推出，电压变化量与偏转角也呈正比关系，令电压变化量与偏转角之间的比例系数为k，则有：ΔU＝k·Δα；Δα＝α-α₀；其中，α₀为倾斜度测量仪所测量的平面处于铅直状态时的基准角，α₀＝90°；α为被测平面的倾角；

通过标定实验，确定系数k，且每个倾斜度测量仪都需要做单独的标定；标定实验的具体方法如下：

将被标定的倾斜度测量仪安装在倾斜台上，确定倾斜度测量仪的铅垂姿态，此时倾斜度测量仪的定极板位于铅垂面内，α＝α₀＝90°，设α₀＝90°为倾斜度测量仪倾斜度测量值的基准值；倾斜度测量仪支架向左偏转，偏转角记为+Δα，对应的倾斜度为α＝α₀+Δα；倾斜仪支架向右偏转，偏转角记为-Δα，对应的倾斜度为α＝α₀-Δα；限定倾斜度测量仪的偏转角Δα≤10°，即，限定α的测量值范围为80°～100°；

待标定的倾斜度测量仪在倾斜台上的铅垂姿态确定好之后，测量α₀＝90°对应的电容器输出电压值U₀；按0.5°的角度间隔改变倾斜台的倾角，分别标定向左倾斜和向右倾斜的各个α对应的输出电压值U_α；左倾斜的倾斜度范围为[80°，90°)，对应的输出电压值范围为U_α∈[U₈₀，U₉₀)；右倾斜的倾斜度范围为(90°，100°]，对应的输出电压值范围为U_α∈(U₉₀，U₁₀₀]；补上倾斜度的基准状态(α₀，U₀)＝(90°，U₉₀)，构成以0.5°为间隔的标定数据序列：{(α，U_α)|α∈[80°，100°]，U_α∈[U₈₀，U₁₀₀]；且α＝90°±0.5n，n＝0，1，2，…，20}；

通过标定实验，获得标定数据序列{(α，U_α)|α∈[80°，100°]，U_α∈[U₈₀，U₁₀₀]；且α＝90°±0.5n，n＝0，1，2，…，20}的实验值，按式ΔU＝k·Δα对实验数据进行统计回归分析，获得比例系数k。