CN201497504U

CN201497504U - 数字水平仪

Info

Publication number: CN201497504U
Application number: CN2009202259123U
Authority: CN
Inventors: 王爱叶; 康洪志; 姜智德; 张五庭; 康玉祥; 王坤宗; 于飞
Original assignee: QINGDAO QIANSHAO PRECISION INSTRUMENT CO Ltd
Current assignee: QINGDAO QIANSHAO PRECISION INSTRUMENT CO Ltd
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2019-09-02

Abstract

本实用新型公开了一种数字水平仪，包括底座，在底座上设置壳体，底座或者壳体至少一处还设置信号采集接收装置和测量处理电路，该测量处理电路包括数字转换器、单片机，所述信号接收装置与数字转换器顺序连接并与单片机电连接，壳体上还设置测量结果显示装置；所述信号采集接收装置是高精度小角度传感器。该传感器，性能更加稳定，抗干扰性强、使用寿命高，能够使该数字水平仪具备测量精度高、速度快，稳定性好，该数字水平仪具有读数直观、结构简单、体积小、重量轻和携带方便等特点。

Description

数字水平仪

技术领域

本实用新型涉及一种数字水平仪，具体的说是一种应用于测平板、平尺、精密量仪和机床导轨、工作面直线度、平面度的测量、调整与监测等的一种数字水平仪器，属于精密测量仪器领域。

背景技术

水平仪是测量水平的一种仪器，广泛的应用于建筑、火箭发射平台、精密零件、桥梁以及精密机械设备等领域。

中国发明专利200810034123.1公开了一种电子水平仪及其校准和使用方法。它包括一个长方体盒体，盒体内安置加速度传感器、主电路板和LCD显示驱动器，盒体表面上设置LCD显示器和按键；电路结构是：主电路板上有微处理器和稳压电路，加速度传感器连接微处理器，微处理器连接LCD显示驱动器和按键，LCD显示驱动器连接LCD显示器，稳压电路为加速度传感器、微处理器和LCD显示驱动器提供工作电源。其校准方法采用两次水平校准和两次垂直校准。其使用方法是水平仪高端和低端分别处于被测面的高处和低处。中国实用新型专利86203145公开了一种连通器式水平仪属于水平测量仪器。本仪器主要由竖向液道体、液面电路开闭装置、标位装置(部件)、信号(感觉)装置以及控液装置(部件)、提升装置(部件)等构成。

上述水平测量仪器虽各有特点，但均存在一些缺陷，比如说加速度传感器本身测量精度就不高，所以不适合高精度测量，而且液控装置的水平仪容易受外界条件的影响比较大，稳定性较差，整体结构比较复杂，造价较高并且维护量大等。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种数字水平仪，它所具有的高精度小角度传感器，能够使该数字水平仪具备测量精度高、速度快，稳定性好，并且该数字水平仪整体结构简单、体积小、重量轻、携带方便等特点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是，一种数字水平仪，包括底座，在底座上设置壳体，底座或者壳体至少一处还设置信号采集接收装置和测量

处理电路，该测量处理电路包括数字转换器、单片机，所述信号接收装置与数字转换器顺序连接并与单片机电连接，壳体上还设置测量结果显示装置；所述信号采集接收装置是高精度小角度传感器。

上述的数字水平仪，其特征是：所述高精度小角度传感器包括两个极板构成的电容***，所述电容***的两极板之间设置芯片，芯片上设置有与圆形动极板连接的游丝，所述芯片与极板之间设置隔离装置。

上述的数字水平仪，所述差动电容定极板数量设置两块。

上述的数字水平仪，所述芯片包括外固定环、圆形动极板和游丝。

上述的数字水平仪，所述游丝的数量设置三根，所述三根游丝在外固定环上360度内均匀分布，设置在外固定环与圆形动极板之间，依次由外环环绕圆形动极板一又三分之一圈后连接到动极板上。

上述的数字水平仪，所述隔离装置是电容器隔环，数量设置两个，分别设置在定极板和芯片之间。

上述的数字水平仪，所述测量结构显示装置设置LCD液晶显示器，并与单片机电连接。

上述的数字水平仪，所述壳体上设置有触摸操作控制键，与单片机电连接。

上述的数字水平仪，所述壳体上还设置把手。

本实用新型数字水平仪的优点是：它所具有的高精度小角度传感器，芯片采用厚度0.05mm的铍青铜作基片，并进行了平整处理和真空时效处理，性能更加稳定，抗干扰性强、使用寿命高，能够使该数字水平仪具备测量精度高、速度快，稳定性好，该数字水平仪具有读数直观、结构简单、体积小、重量轻和携带方便等特点。广泛应用于平板、平尺、精密量仪和机床导轨、工作面直线度、平面度的测量及相对水平面倾角的调整。同时也可用于精密机械设备的生产和安装方面的检测。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型数字水平仪的外观图；

图2是本实用新型数字水平仪的测量电路结构框图；

图3是本实用新型数字水平仪的高精度小角度传感器的结构示意图；

图4是图3所述高精度小角度传感器的芯片8结构放大图；

图5是图4所示A-A剖视图的结构放大图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型数字水平仪，包括底座1，在底座上设置壳体2，壳体还设置有信号采集、接收装置和测量处理电路，该测量处理电路包括电容数字转换器、单片机，所述信号采集、接收装置、数字转换器顺序连接并与单片机电连接，壳体2上还设置测量结果显示装置；所述信号采集接收装置是高精度小角度传感器。

该高精度小角度传感器包括两块差动电容定极板6、12、芯片8和电容器隔环7；电容器隔环7数量设置两块，该差动电容定极板的个数设置为两块，电容器隔环7一个设置在差动电容定极板6和芯片8之间，另一个设置在差动电容定极板12和芯片8之间，用于隔开两块差动电容定极板1，起到绝缘的作用。

如图2所示，高精度小角度传感器与电容数字转换器电连接，电容数字转换器再与单片机电连接，触摸控制键直接与单片机电连接，LCD驱动、液晶显示器顺序电连接并与单片机电连接，单片机与计算机连接通过计算机可以分析数据，通过单片机统一控制驱动。

如图3、4所示，该芯片8由外固定环9、圆形动极板10和游丝11构成，游丝11的数量设置为三根，三根游丝11在360°内均匀分布，依次由外环环绕圆形动极板10一又三分之一圈后连接到圆形动极板10上。当该高精度小角度传感器水平放置时，芯片8的外固定环9，三根游丝11和圆形动极板10应在同一平面内。

如图5所示，是芯片8的剖视图，该高精度小角度传感器水平放置时，芯片8的外固定环9，三根游丝11和圆形动极板10在同一平面内。

该高精度小角度传感器的工作方式为：当传感器沿轴向倾斜时，芯片8将产生相应的位移，致使一个差动电容定极板6的电容量上升，另一个差动电容定极板12的电容量下降，由圆形动极板10输出的信号将会发生相应的变化。

当芯片8(尤其是游丝11)产生翘曲时，将使三根游丝11通过圆形动极板10的连接在轴向上相互加载，其结果使水平仪零位产生漂移。同时还使三根游丝11的弹性特性不一致，每根游丝11的负荷状态也不同。在芯片8进行侧滚的过程中，三根游丝11的负载状态将发生变化，从而导致动极板的轴向位移而发生信号输出。所以，芯片8的翘曲变形是造成侧滚输出信号的主要原因。

由于电子测量仪器、设备等的线性、稳定性均取决于传感器的特性，所以该高精度小角度传感器的芯片8，是采用厚度为0.05mm的铍青铜作基片，通过光刻工艺制作而成。它的翘曲变形与材料本身有密切的关系，所以光刻工艺之前对铍青铜基片的平整与时效处理致关重要。因此在光刻工艺前，先对基片进行平整处理和真空时效处理，使基片的内应力减至最小。

虽然铍青铜基片已进行了时效处理，但是基片经光刻工艺后，结构发生了变化，其内应力将重新分布。尤其是在游丝11加工中，大的内应力将使游丝11产生更大的翘曲变形，这必然导致芯片8的三根游丝11不在同一平面内，并且这种变形还是时间的函数。这样，当水平仪发生侧滚时，圆形动极板10便会发生轴向位移而使显示值发生变化。所以，游丝11加工后，应及时置于夹具内，以防进一步产生变形，并且要进行再时效处理，以消除内应力。

为使产品易于操作，壳体上设置有触摸屏(触摸按键)4，并与单片机电连接。壳体2上固定有方便携带和测量的把手3，本实用新型采用触摸式感应按键，不仅外观美观，理论上讲，按键寿命为无限次，提高了产品的可靠性。在电子水平仪电路的设计上，采用单片机作为控制器。产品显示器采用段码液晶显示5。包含测量数据、存储数据总数及各种工作模式的菜单显示。在硬件电路设计上，力求简单、易装配，无需进行任何复杂的电路调试，为产品的批量生产打下了良好的基础。在软件设计中，通过软件的控制，为产品增加以下多种功能：

1、具有测量数据存储、读取、删除功能，最多可储存999个数据。

2、任意位置按键置零(绝对零位和相对零位)。

3、两种测量单位mm/m和角度(秒)可供选择。

4、标准RS232接口输出，可直接与计算机通讯。

5、可保存和恢复出厂设置。

6、具有自动温度测量功能。

7、自动电源电压监测、低电量报警功能。

本实用新型的测量精度可达到0.001mm/m。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也不限于上述举例，凡是在本实用新型实质范围内作出的变化、改型、添加或替换以及应用，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种数字水平仪，包括底座，在底座上设置壳体，底座或者壳体上至少一处还设置信号采集接收装置和测量处理电路，该测量处理电路包括数字转换器、单片机，信号接收装置与数字转换器顺序连接并与单片机电连接，所述壳体上还设置测量结果显示装置；其特征在于：所述信号采集接收装置是高精度小角度传感器。

2.根据权利要求1所述的数字水平仪，其特征是：所述高精度小角度传感器包括由两个极板构成的电容***和信号输出装置，所述极板是差动电容定极板，信号输出装置与差动电容定极板连接，在差动电容定极板之间设置有芯片，所述芯片与差动电容定极板之间设置有隔离装置。

3.根据权利要求2所述的数字水平仪，其特征是：所述差动电容定极板数量设置两块。

5.根据权利要求4所述的数字水平仪，其特征是：所述芯片包括外固定环、圆形动极板和游丝。

6.根据权利要求5所述的数字水平仪，其特征是：所述游丝的数量设置三根，所述三根游丝在外固定环上360度内均匀分布，设置在外固定环与圆形动极板之间，依次由外环环绕圆形动极板一又三分之一圈后连接到动极板上。

7.根据权利要求6所述的数字水平仪，其特征是：所述隔离装置是电容器隔环，数量设置两个，分别设置在定极板和芯片之间。

8.根据权利要求7所述的数字水平仪，其特征是：所述测量结构显示装置设置LCD液晶显示器，并与单片机电连接。

9.根据权利要求8所述的数字水平仪，其特征是：所述壳体上设置有触摸操作控制键，与单片机电连接。

10.根据权利要求9所述的数字水平仪，其特征是：所述壳体上还设置把手。