CN108151706B - 一种倾角信息测量装置 - Google Patents

Abstract

本文涉及倾角测量设备技术领域，具体涉及一种倾角信息测量装置，包括：本体，具有弧面；若干电磁波接收器，设于本体上，且处于弧面的外侧；触发物，置于弧面的内侧，能够在自身重力作用下自动移动至当前弧面与水平面的相切处，通过仅使该相切处所对应的电磁波接收器接收到电磁波或接收不到电磁波，触发该相切处的电磁波接收器输出对应的提示信号；处理器，用于接收并处理电磁波接收器输出的提示信号；以及显示器，显示处理器获得的位置信息。本文提供的倾角信息测量装置，质轻、易加工、测量精度不易受环境影响。

Description

一种倾角信息测量装置

技术领域

本文涉及倾角测量设备技术领域，具体涉及一种倾角信息测量装置。

背景技术

在许多设备的安装、测试甚至运行阶段，都会用到倾角测量装置，用于测量、矫正设备的安装角度，也可用作倾角传感器，应用十分广泛。虽然现有的倾角测量装置各式各样，但测量精度高的价格昂贵、体积和重量也较大，携带困难，不便在任何环境下随时使用；体积中等、能够携带的又不能保证测量精度。

为了解决上述问题，现有技术采用了一种PSD位置传感器以及三维倾角传感器，包括一个球形的壳体，壳体的内表面和/或外表面均匀分布有多个PIN光电二极管形成二维球面的位置敏感检测器，并在球形壳体外层设置一个透明的球形外壳，球形外壳与球形壳体之间的间隙填充不透明液体，并在液体的顶部形成一个可使外界光线照射到PSD位置传感器壳体上面的气泡，该现有技术将以往二维平面的PSD位置传感器设置成球形，利用光沿直线传播的原理，通过始终处于传感器顶部的气泡透过的光所照射到的PIN光电二极管反馈的三维位置信息，获得三维倾角数据。该现有技术结构较为简单，检测方便，但是在制造和使用过程中还存在如下问题：1、该传感器依靠气泡在不透明液体中的移动实现三维位置信息的确定，除了气泡的移动灵敏性会受液体粘度影响，液体粘度增加气泡移动灵敏性下降，气泡的体积还会受液体表面张力影响，液体表面张力越大气泡体积越大，而液体的粘度、表面张力均容易受环境温度影响而发生变化，导致气泡移动灵敏性和气泡体积随环境温度而发生变化，使得该传感器在不同环境温度下的测量结果不一致，尤其在极端环境下，测量精度难以保证；并且由于气泡始终处于顶部，气泡体积缩小还可能导致气泡无法填充满球形外壳和球形壳体之间的间隙，导致气泡与球形壳体的外表面之间被不透明液体填充，阻碍了透过气泡的光线进一步照射到球形壳体的PIN光电二极管上，导致传感器无法使用；2、该传感器内部几乎填充满不透明液体，原本结构比较简单、质量较轻的传感器反而由于液体的填充增加了自身重量，且传感器受损破裂容易发生液体泄露，污染环境，难以清洁，修复困难；3、该传感器需要加工两个内外嵌套的球形壳体，将PIN光电二极管置于内部球形壳体的表面，加工难度大，成本高，透明球形外壳难以兼顾硬度和质轻，气泡体积控制精度要求高。

发明内容

因此，本文要解决的技术问题在于克服现有技术中的倾角传感器质量重、易损坏泄露、加工成本高、以及测量精度受环境影响大的缺陷，从而提供一种质轻、易加工、测量精度不易受环境影响的倾角信息测量装置。

本文采用的技术方案如下：

一种倾角信息测量装置，包括：本体，具有弧面；若干电磁波接收器，设于本体上，且处于弧面的外侧；触发物，置于弧面的内侧，能够在自身重力作用下自动移动至当前弧面与水平面的相切处，通过仅使该相切处所对应的电磁波接收器接收到电磁波或接收不到电磁波，触发该相切处的电磁波接收器输出对应的提示信号；处理器，用于接收电磁波接收器输出的提示信号，并对该提示信号进行处理，获得该相切处的电磁波接收器的位置信息；显示器，显示处理器获得的位置信息。

本体具有适于与待测表面接触的弧面，置于弧面内侧的触发物在自身重力作用下自动移动至当前弧面与水平面的相切处，也即当前弧面的最低点，仅对应该相切处的电磁波接收器通过接收到或者接收不到电磁波，触发该相切处的电磁波接收器输出对应的提示信号，处理器接收该提示信号，并处理获得该相切处的电磁波接收器的位置信息，显示器显示该位置信息，位置信息可以为坐标信息，也可以为倾角信息。这种触发方式原理简单，测量精准可靠，对于装置尺寸无要求，适于构成小体积、可携带的测量设备，适合实地测试。这种触发方式不同于现有技术中通过气泡依靠液体浮力上浮触发，而是通过触发物在自身重力作用下移动触发，因此无需在弧面内封闭液体和气泡，触发物在空气、惰性气体甚至真空环境中，在自身重力作用下自动移动，不受测量环境温度影响，测量精度更高；同时，无需在弧面内封闭液体和气泡，还能极大程度上降低测量装置的自重，便于携带，并且即便测量装置受损破裂，也不会发生大量液体泄漏、难以修复的情况，只需更换受损外罩和/或触发物即可，即便触发物为液体，用量也非常少，不会造成大面积污染；另外，在装置的加工方面，触发物体积尺寸容易控制，触发物与弧面的配合组装也更加简单，单层弧面即可实现精准测量，结构更加简单可靠。

本体还具有测量面，弧面上任一点到同一点的距离相等时，弧面为完整球面或者部分球面，可测量三维位置信息，弧面上的任一点到同一直线的距离相等时，弧面为圆弧面，可测量二维位置信息；由于测量面与弧面的其中一个相切面平行设置，以测量面为参考面，触发物的位置信息能够经过计算换算为待测表面的倾角信息，计算原理更加简单。

电磁波为可见光，触发物为不透光物，电磁波接收器为连入提示电路里的光电传感器件，触发物移动至当前弧面与水平面的相切处时，遮挡该相切处所对应的光电传感器件接收可见光，仅该相切位置处所对应的光电传感器件接收不到可见光，发出相应提示信号。

当电磁波采用可见光时，触发物为不透光物，不透光物体移动至当前弧面与水平面的相切处时，遮挡了该相切处对应的光电传感器件，导致该处的光电传感器件接收不到可见光，不被不透光物体遮挡的光电传感器件，仍可接收到可见光，该相切处的光电传感器件将其接收到的光信号转变为电信号，发出提示信号给处理器。可见光可通过外界光源或者内置光源获得。

弧面为不透光表面，光电传感器件设于不透光表面的外侧，不透光表面上对应电磁波接收器的接收口处设有透光孔。弧面设置为不透光表面，避免了其它方向的光线对电磁波接收器的接收口产生影响，置于不透光表面上的透光孔只能接收来自于透光孔处的光线，测量更加精确。

不透光物为不透光液体或者不透光球体。不透光物设置为不透光液体，避免了受触发物与弧面之间的静摩擦力影响，提高测量精度，并且液体在弧面内来回流动不会产生噪音，但对于弧面上透光孔处的密封、以及装置本身的密封要求高；不透光物设置为不透光球体，球体在弧面内滚动虽然会产生微小噪音，但对装置密封要求不高，已更换，装置破损不会弄脏环境。

本体上还设有处于弧面内侧的可提供可见光的光源，光源能够照射到每个光电传感器件。内置光源提高了测量装置使用的便捷性，即便测量装置位于待测表面底部或者其他光线差的环境时，仍然可以正常使用。

弧面为半球面，光源位于半球面的球心处，或者弧面为圆弧面，光源位于圆弧面的圆心处，且沿圆弧面的轴线通长设置。半球面的设置使得测量装置可进行三维位置信息的测量，依据光沿直线传播的原理，光源位于球心处，更有利于均匀照射弧面上的每个光电传感器件，有助于进一步提高测量精度；圆弧面可进行二位位置信息的测量，光源位于圆弧面的圆心处，且沿圆弧面的轴线通长设置，有利于均匀照射弧面上的每个光电传感器件。

电磁波为红外射线，电磁波接收器为红外射线反射型传感器件，触发物移动至当前弧面与水平面的相切位置处时，遮挡并反射该位置处的红外射线反射型传感器件发出的红外射线，仅该相切位置处的红外射线反射型传感器件检测到被反射回的红外射线，向处理器发送提示信号。

电磁波采用红外射线，利用红外射线反射型传感器件检测到的被触发物反射回的红外射线，触发红外射线反射型传感器件向处理器发送提示信号，触发物不要求严格为不透光物，只要能够反射红外射线即可，可选范围更广；即便有可能存在其它方向上的反射，可通过判断反射强度确定反射是否来源于触发物即可。

弧面上设有若干安装孔，每个红外射线反射型传感器件安装于一个安装孔内。弧面无需设置为不透光表面，更易加工。

触发物为球体。

弧面为半球面，触发物置于半球面的内侧，或弧面为圆弧面，触发物置于圆弧面的内侧。

弧面采用钢或玻璃等光滑材料制成，能够降低触发物与弧面之间的摩擦力，提高测量精度。

本体包括具有凹腔的主体，以及设置在主体上的盖体，凹腔具有弧面，盖体盖设在主体上，形成适于容置触发物的密封空腔。封闭触发物于密封空腔内，避免触发物遗失；弧面置于凹腔内，有利于屏蔽弧面外侧的电磁波干扰。

处理器将位置信息处理成倾角值，显示器显示倾角值，可直观地显示待测表面的倾斜角度。

本体上还设有在显示器显示倾角为0°时，校准本体的测量面是否处于水平状态的水平仪。水平仪可用于倾角信息测量装置的校准或调零。

本体具有将本体吸附在待测表面上的吸附结构。吸盘、磁铁等吸附结构能够将测量装置吸附在待测表面上，便于将其置于待测表面上，跟随待测表面移动，实时显示位置信息，提高测量、安装效率。

附图说明

为了更清楚地说明本文具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本文的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本文提供的一种倾角信息测量装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-本体；2-半球面；3-触发物；4-光源；5-光电传感器件；6-盖体；7-显示器；8-测量面。

具体实施方式

下面将结合附图对本文的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本文一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本文中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本文保护的范围。

在本文的描述中，需要说明的是，术语“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。

在本文的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

此外，下面所描述的本文不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，一种倾角信息测量装置，包括具有弧面及测量面8的本体1，设于弧面外侧的电磁波接收器，设于弧面内侧的触发物3，以及处理器和显示器7，弧面上任意一点到同一点的距离相等，测量面8与弧面的其中一个相切面平行设置，若干电磁波接收器环绕弧面分布，触发物3能够在自身重力作用下自动移动至当前弧面与水平面的相切处，通过仅使该相切处所对应的电磁波接收器接收到电磁波或接收不到电磁波，触发该相切处的电磁波接收器输出对应的提示信号，处理器接收电磁波接收器输出的提示信号，并对该提示信号进行处理，获得该相切处的电磁波接收器的位置信息，显示器7显示该位置信息。

置于弧面内侧的触发物3在自身重力作用下自动移动至当前弧面与水平面的相切处，也即当前弧面的最低点，仅对应该相切处的电磁波接收器通过接收到或者接收不到电磁波，触发该相切处的电磁波接收器输出对应的提示信号，处理器接收该提示信号，并处理获得该相切处的电磁波接收器的位置信息，显示器7显示该位置信息，位置信息可以为坐标信息，也可以为倾角信息。这种触发方式原理简单，测量精准可靠，对于装置尺寸无要求，适于构成小体积、可携带的测量设备，适合实地测试。这种触发方式不同于现有技术中通过气泡依靠液体浮力上浮触发，而是通过触发物3在自身重力作用下移动触发，因此无需在弧面内封闭液体和气泡，触发物3在空气、惰性气体甚至真空环境中，在自身重力作用下自动移动，不受测量环境温度影响，测量精度更高；同时，无需在弧面内封闭液体和气泡，还能极大程度上降低测量装置的自重，便于携带，并且即便测量装置受损破裂，也不会发生大量液体泄漏、难以修复的情况，只需更换受损外罩和/或触发物3即可，即便触发物3为液体，用量也非常少，不会造成大面积污染；另外，在装置的加工方面，触发物3体积尺寸容易控制，触发物3与弧面的配合组装也更加简单，单层弧面即可实现精准测量，结构更加简单可靠。

具体地，本体1包括具有凹腔的主体，主体为柱形体，顶部设有半球形凹腔，凹腔内设置有轮廓相适应的半球面2，触发物3置于半球面2内侧，若干电磁波接收器设置于半球面2与半球形凹腔之间，半球面2上设置有对应电磁波接收器的接收口的透光孔，凹腔的开口处密封有盖体6，盖体6的形状与柱形体的顶部端面形状相适应。封闭触发物3于密封空腔内，避免触发物3遗失或挥发；弧面置于凹腔内，有利于屏蔽弧面外侧的电磁波干扰。

主体的底面形成测量面8，半球面2与主体同轴设置，使得测量面平行于与半球面2的轴线垂直的相切面，增大半球面的有效使用范围，从而提高装置的测量范围。

电磁波采用可见光，电磁波接收器为光电传感器件5，触发物3为不透光物，半球面2表面光滑且不透光，不透光物体移动至当前弧面与水平面的相切处时，遮挡了该相切处对应的光电传感器件5，导致该处的光电传感器件5接收不到可见光，不被不透光物体遮挡的光电传感器件5，仍可接收到可见光，该相切处的光电传感器件5将其接收到的光信号转变为电信号，发出提示信号给处理器。

半球面2表面为钢制，光滑不易碎，能够降低触发物3与弧面之间的摩擦力，提高测量精度。

触发物3为少量液态汞，对应光电传感器件5设置的透光孔作密封透光处理，液态汞难挥发，易凝聚，避免了受触发物3与弧面之间的静摩擦力影响，提高测量精度，并且液体在弧面内来回流动不会产生噪音。

可见光采用设置于盖体6朝向半球面2一侧上的光源4，光源4设置于圆形盖体6的圆心处，也即半球面2的球心处。盖体6不透明设置，内置光源4提高了测量装置使用的便捷性，即便测量装置位于待测表面底部或者其他光线差的环境时，仍然可以正常使用。

主体内还设有电磁基座，以及设于主体一侧的控制电磁基座的开关，打开开关通电后，主体即可吸附在金属待测表面上，跟随待测表面移动，实时测量。

处理器位于主体内部，显示器7设于主体的侧面上，能够显示待测表面的三维倾角值。

盖体6背向凹腔的一侧上设置有水平仪，具体为气泡水平仪，在显示器7显示倾角为0°时，水平仪可用于倾角信息测量装置的校准调零。

半球面也可以为玻璃制。

触发物也可以为其它不透光液体。

触发物也可以为不透光球体。

可见光也可以依靠环境光源，或其它单独照明设备提供，盖体透光设置。

测量面平行于半球面的任意一个相切面设置。

吸附结构也可以为吸盘。

主体可以为圆柱形或者矩形。

位置信息可以为三维坐标信息。

主体顶部的凹腔的轴向截面呈半圆形，凹腔内设置有轮廓相适应的圆弧面，触发物置于圆弧面内侧，若干电磁波接收器设置于圆弧面与凹腔之间，圆弧面上设置有对应电磁波接收器的接收口的透光孔，凹腔的开口处密封有盖体，位置信息为二维坐标信息或二维倾角信息。

弧面也可以为椭圆面。

本文还提供一种倾角信息测量装置，与上述实施例的区别在于，电磁波采用红外射线，电磁波接收器为红外射线反射型传感器件，触发物移动至当前弧面与水平面的相切位置处时，遮挡并反射该位置处的红外射线反射型传感器件发出的红外射线，仅该相切位置处的红外射线反射型传感器件检测到被反射回的红外射线，向处理器发送提示信号。

电磁波采用红外射线，利用红外射线反射型传感器件检测到的被触发物反射回的红外射线，触发红外射线反射型传感器件向处理器发送提示信号，触发物不要求严格为不透光物，只要能够反射红外射线即可，可选范围更广；即便有可能存在其它方向上的反射，可通过判断反射强度确定反射是否来源于触发物即可。

触发物为球体，半球面的表面设置有若干安装孔，每个红外射线反射型传感器件安装于一个安装孔内，球体滚动到该相切位置处时，阻碍该处的红外射线射出，将红外射线反射回来，触发红外射线反射型传感器件向处理器发送提示信号。

电磁波也可以采用超声波，电磁波接收器为超声波传感器。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本文创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种倾角信息测量装置，其特征在于，包括：

本体(1)，具有弧面，并且所述本体(1)包括顶部的凹腔；

多个电磁波接收器，沿所述弧面的延伸方向覆设于所述弧面的外表面上；

触发物(3)，置于所述弧面的内侧，所述触发物(3)能够在自身重力作用下自动移动至当前所述弧面与水平面的相切处，通过仅使该相切处所对应的所述电磁波接收器接收到电磁波或接收不到电磁波，触发该相切处的所述电磁波接收器输出对应的提示信号；

处理器，用于接收所述电磁波接收器输出的提示信号，并对该提示信号进行处理，获得该相切处的所述电磁波接收器的位置信息；

显示器(7)，显示所述处理器获得的位置信息；

其中，所述电磁波为红外射线，所述电磁波接收器为红外射线反射型传感器件，所述触发物(3)移动至当前所述弧面与水平面的相切位置处时，遮挡并反射该位置处的所述红外射线反射型传感器件发出的红外射线，仅该相切位置处的所述红外射线反射型传感器件检测到被反射回的红外射线，向所述处理器发送提示信号,所述弧面上设有若干安装孔，每个所述红外射线反射型传感器件安装于一个所述安装孔内。

2.根据权利要求1所述的倾角信息测量装置，其特征在于，所述本体(1)还包括适于与待测表面接触的测量面(8)，所述弧面上任意一点到同一点的距离相等，或到同一直线的距离相等，且所述测量面(8)与所述弧面的其中一个相切面平行设置。

3.根据权利要求1所述的倾角信息测量装置，其特征在于，所述触发物(3)为球体。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的倾角信息测量装置，其特征在于，所述弧面为半球面(2)，所述触发物(3)置于所述半球面(2)的内侧，或所述弧面为圆弧面，所述触发物(3)置于所述圆弧面的内侧。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的倾角信息测量装置，其特征在于，所述本体(1)包括具有凹腔的主体，以及设置在所述主体上的盖体(6)，所述凹腔具有所述弧面，所述盖体(6)盖设在所述主体上，形成适于容置所述触发物(3)的密封空腔。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的倾角信息测量装置，其特征在于，所述处理器将所述位置信息处理成倾角值，所述显示器显示所述倾角值。

7.根据权利要求2所述的倾角信息测量装置，其特征在于，所述本体(1)上还设有在所述显示器(7)显示倾角为0°时，校准所述本体的所述测量面(8)是否处于水平状态的水平仪。

8.根据权利要求1或3所述的倾角信息测量装置，其特征在于，所述本体(1)上还设有在所述显示器(7)显示倾角为0°时，校准所述本体的测量面(8)是否处于水平状态的水平仪。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的倾角信息测量装置，其特征在于，所述本体(1)具有将所述本体(1)吸附在待测表面上的吸附结构。

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