[其他]三向坐标电容传感测试装置

说明书

本发明属于变电容传感三向座标测试装置，用以提高测试精度，能在潮湿环境下工作。该装置由一个Ｚ轴方向的圆柱形中间极，其极上有一垂直Ｚ向的圆形金属薄板。中间极与平行ｘ、ｙ二轴的二对极板及一对平行于金属薄板的圆环构成三对电容，通过电容比值的测量指示出中间极与三对极板所在位置的三向座标变化。本装置用于测试大型建筑物如大坝的三向位移变化，也可用于机械、地震、矿业等部门。

本发明属于长度测量技术领域。

本发明是实用新型专利“双向座标电容传感测试装置”（参见中国专利CN-85201038）的改进发明。用于测量一物体相对于另一物体在空间X、Y、Z三向座标位置的变化。

双向座标测试装置用于测量X、Y二向座标位量的变化，采用变电容传感测试的原理。由一个Z轴方向的圆柱形中间极和平行于X、Y二轴方向并以中间极为对称的二对极板组成，分别测量由中间极与二对极板之间所构成电容比值的变化而指示出中间极与二对极板所在位置之间的座标变化。实标使用时当固定在物体上的公共极发生旋转时不影响测量精度。用于大型建筑物如水电站大坝中的垂线座标仪、引张线观测仪时，连接在垂线或引张线上的公共极受到轻微外力或发生旋转部不会影响测量精度，并适于在相对湿度大于80%的环境中使用。但该技术仅能测单向、双向座标位置的变化，不能测三向座标位置的变化。

本发明的目的是要提供一个三向座标测量装置。该装置测试精度高，能在相对湿度大于80%的环境中工作，能用作垂线座标仪和引张线观测仪进行远距离长期稳定测量。

本发明的要点是用两对同样形状、大小的金属板分别平行并对称于X轴、Y轴方向垂直安装在固定底板上。底板中间有一正方形或长方形孔。在二对平行极板对称中心沿Z轴方向悬挂或安装一中间极。

二对极板形状可为长方形、正方形金属板或圆金属环，中间极可是圆柱形，也可是正多面体，可用实心体，也可做成中空的。

中间极与二对极板构成二对电容，由中间极和两对极板间距离变化而产生二对电容差动变化，测出差动变化电容之比值可得x、y两方向的位移量。

此中间极穿越底板孔，伸入底板另一侧，在其极上垂直于z轴方向固定一圆形金属薄板，此板与中间极构成一导体。对称于圆形薄板，在底板上安装一对平行圆环形薄金属板。它与底板及圆环相互间绝缘。由两圆环和圆板之间距离变化而产生两个电容差动变化，测出此变化电容之比值就可知Z方向的位移量。

将底板固定在一物体上，中间极固定在另一物体上。当两物体位置发生变化时，可同时测量x、y、z三轴方向的位移量。

测量z向位移的圆形金属薄板也可用其它对称形状薄板，二圆金属环也可为其它对称形状薄板。圆形薄板可与中间极连接成一整体，也可与中间极分开成一单独的一极板。此极板与中间极都固定于一物体上。测圆形薄板与二圆环电容差动变化而知z向位移量。

平行于x、y二轴的两对极板可安装在底板同侧，也可分别安装在底板两侧。

将底板安装于一物体上，中间极安装在另一物体的某一铅垂线或引张线上，当垂线或引张线旋转带动中间极旋转，但不改变中间极与三对极板间距离，不影响测量精度。

本装置中所有极板和中间极都采用金属材料，也可用热稳定性好的绝缘材料，在其上涂覆金属薄膜而得。

所有极板和中间极的金属表面都进行绝缘处理，引线焊点也进行专门绝缘处理。极板与底板之间，中间极和垂线或其它联接件之间都用绝缘垫圈绝缘。以上处理保证装置在相对湿度大于80%的环境中可靠工作。

该装置用作大型建筑物中引张线仪和垂线座标仪时，中间极引线用线径小于0.05mm的绝缘导线引出，该线对中间极移动时产生附加力很小，对测量精度影响可忽略。

该装置测量位移范围可大于50mm，精度可达0.5%。该装置与测量线路配合可进行远距离测量，遥测距离可达1000米。

本发明与已有技术相比，结构简单、测试精度高，能在潮湿环境里可靠地工作。本装置用于大型建筑物如水电站大坝中引线仪和垂线座标仪时能长期稳定地工作。

本发明结构由以下实施及附图给出。