专利名称：差动式水平传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于检测物体水平度的测量装置，特别是涉及一种对两被测物体表面高度差或水平倾角进行测量的水平传感器。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种差动式水平传感器，在螺线管式线圈骨架上分三段绕有三个线圈绕组，中间为一次绕组，两侧对称绕有两个参数相同的二次绕组，绕组外面设有屏蔽套，在骨架内封有液体磁芯，信号处理电路与线圈绕组相连接。
所述的信号处理电路由交变信号发生器、线性检波电路和调整放大电路组成，交变信号发生器的输出端接一次绕组，二次绕组的输出端与线性检波电路相连接，线性检波电路输出端与调整放大电路相连接。
所述的液体磁芯是用高导磁材料粉末掺入合成油或水中制成的油基或水基磁液。
所述的交变信号发生器由运放A7和电容C6、电阻R18～R20组成，电容C6一端接地，另一端接运放A7反相端和电阻R19一端，R19另一端接运放A7输出端，电阻R18一端接地，另一端接运放A7同相端和电阻R20一端，电阻R20另一端接运放A7输出端，运放A7输出端经电阻R21接三极管T1、T2基极，三极管T1、T2集电极连接后接一次绕组L1一端，一次绕组L1另一端接地，线性检波电路是由运放A1、A2、电阻R2～R5、二极管D1、D2、运放A3、A4、电阻R7～R10、二极管D3、D4组成的两组全波整流电路，运放A1反相端经电阻R1接一个二次绕组，其同相端接地，运放A1反相端经电阻R2、R4接运放A2反相端，经电阻R3接运放A2同相端，二极管D1、D2串联接在运放A1输出端，D1的正极接电阻R4一端，D2负极接电阻R3一端，运放A2输出端与地之间接有电容C1，运放A3、A4与电阻R7～R10、二极管D3、D4的接法与运放A1、A2、电阻R2～R5、二极管D1、D2的接法一致，其中运放A3反相端通过电阻R6接另一个二次绕组，运放A4输出端与地之间接有电容C2，调整放大电路由运放A5、电位器VR1、电容C3、电阻R14、R15、运放A6、电阻R17、电容C4、C5、电位器VR2、VR3组成，运放A5反相端经电阻R11接运放A2输出端，运放A5同相端经电阻R12接运放A4输出端，电容C3、电阻R14并联接在运放A5的反相端与输出端之间，运放A5调整端之间接有电位器VR1，运放A5输出端经电阻R15接运放A6反相端和同相端，电阻R17、电位器VR2串联并与电容C4并联后接在运放A6反相端和输出端之间，运放A6调整端和输出端之间接有电位器VR3，运放A6输出端与地之间接有电容C5。
本实用新型用液体磁芯差动变压器和信号处理电路组成差动式水平传感器，其输出是一直流电压信号，该信号可直接连接显示终端成为水平仪，或进行模数转换与微机相连构成自动化测控系统，克服了人工读数导致误差率高的缺点，在检测水平倾角或两点水平高度差时，精度可达0.05％～0.5％，零漂·0.02％/℃。本实用新型还可根据检测精度进行调校，能够满足不同使用场合的需要。
图4是本实用新型右侧高于左侧时的示意图；图5是本实用新型信号处理电路的原理图。
信号处理电路由交变信号发生器、线性检波电路和调整放大电路组成。交变信号发生器由运放A7和电容C6、电阻R18～R20组成，电容C6一端接地，另一端接运放A7反相端和电阻R19一端，R19另一端接运放A7输出端，电阻R18一端接地，另一端接运放A7同相端和电阻R20一端，电阻R20另一端接运放A7输出端，运放A7输出端经电阻R21接三极管T1、T2基极，三极管T1、T2集电极连接后接一次绕组L1一端，一次绕组L1另一端接地，线性检波电路是由运放A1、A2、电阻R2～R5、二极管D1、D2、运放A3、A4、电阻R7～R10、二极管D3、D4组成的两组全波整流电路，运放A1反相端经电阻R1接一个二次绕组，其同相端接地，运放A1反相端经电阻R2、R4接运放A2反相端，经电阻R3接运放A2同相端，二极管D1、D2串联接在运放A1输出端，D1的正极接电阻R4一端，D2负极接电阻R3一端，运放A2输出端与地之间接有电容C1，运放A3、A4与电阻R7～R10、二极管D3、D4的接法与运放A1、A2、电阻R2～R5、二极管D1、D2的接法一致，其中运放A3反相端通过电阻R6接另一个二次绕组，运放A4输出端与地之间接有电容C2，调整放大电路由运放A5、电位器VR1、电容C3、电阻R14、R15、运放A6、电阻R17、电容C4、C5、电位器VR2、VR3组成，运放A5反相端经电阻R11接运放A2输出端，运放A5同相端经电阻R12接运放A4输出端，电容C3、电阻R14并联接在运放A5的反相端与输出端之间，运放A5调整端之间接有电位器VR1，运放A5输出端经电阻R15接运放A6反相端和同相端，电阻R17、电位器VR2串联并与电容C4并联后接在运放A6反相端和输出端之间，运放A6调整端和输出端之间接有电位器VR3，运放A6输出端与地之间接有电容C5。
本实用新型的工作原理是初始状态下液体磁芯处在如图2所示的水平位置，在理想情况下忽略磁芯损耗及线圈寄生电容等因素的影响，用e2a和e2b表示两个二次绕组的感应电动势，由于左右两端点在同一水平面上的平衡位置上，这时一次绕组与两个二次绕组间的互感M2a、M2b大小相等。图3表示传感器的左端高于右端，在骨架中的液体磁芯将向右边游动，形成液量偏移，这时M2a将减小，M2b增大。同理图4是右端高于左端，也由于磁芯偏移，将产生M2a增大、M2b减小，在一次绕组的信号驱动下，感应电动势e2a增大，e2b减小。当两个二次绕组反相串联时，空载输出电压Ue＝e2a-e2b，呈V型对称，Ue的大小与磁芯偏移大小成正比关系。
图5中B是液体磁芯差动变压器，L1、L2a、L2b分别为一次绕组和两个二次绕组，运放A7及C6、R18～R20组成无稳态多谐振荡器，其中C6、R19构成负反馈回路，电阻R18、R20构成正反馈回路，输出为稳定的矩形波，改变C6可以改变振荡频率。电阻R21和晶体三极管T1、T2组成输出电路，通过限流电阻R22，驱动变压器一次绕组L1，两个次级绕组的输出分别接入整流电路。两组整流电路由A1、A2、D1、D2、R2～R5以及A3、A4、D3、D4、R7～R10组成，它们均为全波整流电路，采用集成运放和二极管共同组成的整流电路可以不考虑二极管的导通电压和内阻，达到精密的线性整流效果。每组整流电路由二级运放组成，其中R2＝R3＝R4＝R5。不论二次绕组的输出信号是正值或负值，在整流电路输出端总能得到与二次绕组输出信号相应的正值直流电压VA。
同样，变压器的第二个次级绕组的输出信号经A3、A4、D3、D4等相关元件组成的另一组整流电路得到另一路直流脉动电压VB，其中R7＝R8＝R9＝R10。在传感器的左端和右端在同一水平状态时，VA＝VB，当左端升高时，由于磁芯偏移得到的VA将减小，VB增大，反之VA增大，VB减小，整流后的直流电压是脉动电压，为了降低脉动系数，电路中加了滤波电容C1、C2。通过电阻R11、R12将VA、VB分别接到运放A5的两个输入端，A5在此既是一级放大器，也是VA、VB的算术加法处理器，当VA＞VB时，A5输出端为负值，表示传感器左端高于右端。倾角越大，A5输出的电压绝对值越大，R14为本级的反馈电阻，决定放大倍数，C3为积分电容，防止冲击振荡，VR1为调零电位器，运放A6及其相关元件组成同相放大器，调整VR2电位器，可改变放大量，在定标时，调节满度值。所谓定标就是如果要测量与水平方向的夹角，可以将传感器平放在标准平台上，调整VR1使A6的输出电压Vo为零，然后将一端升高(或降低)到某一角度(如2°)，这时再调VR2，使输出电压Vo＝2v，这样定标后，传感器在测量水平角时，每10mv输出电压，代表0.01°角，如果要测两点的水平高度差(如测铁路两道轨的高度差)，就按以下方法定标校准先将本装置固定在道尺上，放在标准平台上调零(即调整VR1)，再将一端升高一定值(如100mm)，这时调VR2，使其输出电压Vo＝1v即可。这样使用该系统进行测量道轨时，每增大10mv，表示增高1mm。
权利要求1.一种差动式水平传感器，其特征在于，在螺线管式线圈骨架上分三段绕有三个线圈绕组，中间为一次绕组，两侧对称绕有两个参数相同的二次绕组，绕组外面设有屏蔽套，在骨架内封有液体磁芯，信号处理电路与线圈绕组相连接。
2.如权利要求1所述的差动式水平传感器，其特征在于，所述的信号处理电路由交变信号发生器、线性检波电路和调整放大电路组成，交变信号发生器的输出端接一次绕组，二次绕组的输出端与线性检波电路相连接，线性检波电路输出端与调整放大电路相连接。
3.如权利要求1或2所述的差动式水平传感器，其特征在于，所述的液体磁芯是用高导磁材料粉末掺入合成油或水中制成的油基或水基磁液。
4.如权利要求2所述的差动式水平传感器，其特征在于，所述的交变信号发生器由运放A7和电容C6、电阻R18～R20组成，电容C6一端接地，另一端接运放A7反相端和电阻R19一端，R19另一端接运放A7输出端，电阻R18一端接地，另一端接运放A7同相端和电阻R20一端，电阻R20另一端接运放A7输出端，运放A7输出端经电阻R21接三极管T1、T2基极，三极管T1、T2集电极连接后接一次绕组L1一端，一次绕组L1另一端接地，线性检波电路是由运放A1、A2、电阻R2～R5、二极管D1、D2、运放A3、A4、电阻R7～R10、二极管D3、D4组成的两组全波整流电路，运放A1反相端经电阻R1接一个二次绕组，其同相端接地，运放A1反相端经电阻R2、R4接运放A2反相端，经电阻R3接运放A2同相端，二极管D1、D2串联接在运放A1输出端，D1的正极接电阻R4一端，D2负极接电阻R3一端，运放A2输出端与地之间接有电容C1，运放A3、A4与电阻R7～R10、二极管D3、D4的接法与运放A1、A2、电阻R2～R5、二极管D1、D2的接法一致，其中运放A3反相端通过电阻R6接另一个二次绕组，运放A4输出端与地之间接有电容C2，调整放大电路由运放A5、电位器VR1、电容C3、电阻R14、R15、运放A6、电阻R17、电容C4、C5、电位器VR2、VR3组成，运放A5反相端经电阻R11接运放A2输出端，运放A5同相端经电阻R12接运放A4输出端，电容C3、电阻R14并联接在运放A5的反相端与输出端之间，运放A5调整端之间接有电位器VR1，运放A5输出端经电阻R15接运放A6反相端和同相端，电阻R17、电位器VR2串联并与电容C4并联后接在运放A6反相端和输出端之间，运放A6调整端和输出端之间接有电位器VR3，运放A6输出端与地之间接有电容C5。
专利摘要本实用新型涉及一种差动式水平传感器，在螺线管式线圈骨架上分三段绕有三个线圈绕组，中间为一次绕组，两侧对称绕有两个参数相同的二次绕组，绕组外面设有屏蔽套，在骨架内封有液体磁芯，信号处理电路与线圈绕组相连接。本实用新型具有精度高、可以随时调校的优点，能检测出微小水平倾角和两点相对高度差，并能与自动化装置相配套。
文档编号G01C9/00GK2583629SQ0225577
公开日2003年10月29日 申请日期2002年12月6日 优先权日2002年12月6日
发明者耿连瑞 申请人:耿连瑞