[发明专利]倾斜角度传感器

说明书

本发明为倾斜角度传感器，它能在重力场内检测出0～±90°范围内的倾斜角度，很适宜在建筑机械、机器人、医疗器械等装置中使用。

随着自动化技术的发展，在建筑机械、机器人、医疗器械等设备中，要保证姿势正确，重心稳定，对倾斜角度进行控制以及对危险倾斜角度进行报警，倾斜角度的检测是不可缺少的。据资料报导，目前已研制出来的倾斜角度传感器，有电位器型、差动变压器型、静电电容型、伺服型若干形式。检测精度有的达到“度”水平级，有的可达“秒”水平级。目前研究开发较为活跃的是利用液体系统的倾斜角度传感器，所使用的液体有电介质溶液、磁性流体、电解质溶液等。参考文献为：（1）日刊“省力上自动化”V。L    18    NO·9（1987）25～41页;（2）日刊“センサ技术”V。L    7    NO·4（1987）42～46页;（3）日刊“センサ技术”V。L    7NO·3（1987）60～63页。

但现有的倾斜角度传感器，不同程度地存在着下述不足之处：（1）、结构复杂、制作工艺要求高。（2）、抗振动特性不佳，使用环境要求高。（3）、对于利用液体系统的各种结构形式的传感器，液体的表面张力、粘度对检测精度、分辨率存在一定影响。

本发明旨在为用户提供一种具有较好的抗冲击、抗振动，能适应不同环境要求，可直接输出与倾斜角度相对应的电信号的倾斜角度传感器，以满足用户需要。本发明为一维倾斜角度传感器，它没有复杂的机械结构，利用光电变换直接输出与倾斜角度相对应的电信号。

图1为本发明倾斜角度传感器的原理示意图。图2和图3是本发明一个实施例结构示意图。图4为两相交直线状滑道板传感器结构示意图，该种结构的传感器仅用于对危险倾斜角度进行报警的场合。以下结合附图来叙述本发明的原理。

在图1中，（2）为小球，（3）为滑道板，该滑道板的滑道是圆弧形状的，是一个大于半个圆周的圆弧状滑道板。圆弧形状大于半个圆周是为了保证能检测出0～±90°的倾斜角度量程。小球（2）置于这个滑道板上，当倾斜时，小球（2）沿滑道板（3）滚动并停留在某一位置。小球（2）的背后，对称地安置两个受光元件（1），光源（4）正面照射在小球（2）上。随着倾斜角度的不同，小球（2）在两个受光元件（1）上的投影状态不同，两个受光元件的输出信号大小也将随之变化，比较两个受光元件的输出信号大小，便获得了与倾斜角度相对应的电信号，电信号的极性用来判断倾斜方向。

图2和图3是本发明的一个实施例，它是一维倾斜角度传感器。图2中的（3）为滑道板，滑道是圆弧形状的，它相当于在一块具有一定厚度的矩形板上挖去大半个圆，如图1中的（3）所示。（8）为两块透明挡板，一前一后地挡在滑道板（3）的两端，（7）为盖板，（5）为传感器支架，（6）为发光元件，固定在传感器支架（5）上，安放在一块透明挡板的外侧，要求该发光元件发出的光线以平行光线为佳。（1）为两个受光元件，亦固定在传感器支架（5）上，安放在另一块透明挡板的外侧，以光电池为佳。小球（2）在滑道板（3）上及两块透明挡板（8）之内可自由滚动，小球的直径应略小于滑道板的厚度。小球（2）也可以是小圆柱体，以其柱面在滑道板上滚动。发光元件（6）发出的光线被小球或小圆柱体（2）挡住一部分后射到两个受光元件（1）上，由于两个受光元件是对称放置，无倾斜时，两个受光元件（1）受到光照情况一样，故两个受光元件的输出信号之差为零。倾斜时，小球或小圆柱体（2）在圆弧状滑道板（3）上滚动后停留在某个位置，改变了两个受光元件（1）的光照情况，故两个受光元件的输出信号之差不为零，根据两个受光元件输出信号差值的大小和极性，即可得到倾斜角度的大小和倾斜方向。

若仅对某个危险倾斜角度θ进行越限报警，那么只要把滑道板的形状改变为两相交直线状即可，如图4中的（9）所示的那样。两相交直线相交于（A）点，且与水平线的夹角均为θ，小球或小圆柱体（2）平时停留在（A）处，此时两受光元件（1）的输出信号之差为零，只有当倾斜角度大于θ之后，小球或小圆柱体（2）才会离开（A）点，引起两个受光元件（1）输出信号之差不为零，该信号便可用作倾斜角度超过θ的报警信号。

本发明传感器支架（5）的形状以及盖板（7）、透明挡板（8）如何与支架（5）固连的方法（螺钉紧固或粘合剂粘结紧固）并不重要，当然发光元件（6）及受光元件（1）的装配工艺应有所讲究。