平面倾斜检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于对平面的倾斜角度和倾斜方向进行检测的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 煤气柜是工业和民用煤气的储存装置，其中的干式煤气柜由于储存量大、机构简 洁而被广泛使用。干式煤气柜的特点是W柜内的活塞升、降来调整储存空间，活塞的升降运 动由煤气的吞吐量所决定，当煤气柜内的煤气量增加时煤气内压升高，活塞因受到巧力的 增大而上升；当煤气柜内的煤气量减少时煤气的内压就降低，活塞因受到巧力的下降而降 低。同时由于活塞的重量恒定，煤气柜无论其容量增减，内部的煤气压力始终保持稳定。
[0003] 但在实际应用中活塞的运动经常受到其边缘导轨、导轮等各种因素的影响而发生 局部升降受阻，造成的结果是活塞发生倾斜。一旦发生活塞倾斜现象，活塞将不再运动，其 中的煤气压力必将发生变化，对用户的用气造成有害影响。由于煤气是一种无色、无味的有 毒气体，如不及时对活塞的倾斜进行处理，将可能对煤气柜本体、环境W及人身造成极大的 破坏和伤害。
[0004] 因此，在实际的生产作业中需要一种装置及方法来实时连续地检测煤气柜活塞等 平面的倾斜状况，由于煤气柜活塞出现倾斜之后的危害很大，因此需要检测装置和方法足 够灵敏、可靠和稳定；同时，为了便于工作人员采取调整措施，不仅需要检测出平面的倾斜 角度，还需要检测出倾斜方向。
【发明内容】
[0005] 为此，本发明提供了一种平面倾斜检测装置，包括固定安装于被测平面上的第一 和第二变面积差动式电容传感器，所述变面积差动式电容传感器包括壳体、固定设置于所 述壳体内且垂直于被测平面的定片、穿过所述定片的上端部并与所述定片垂直且能够相对 于所述壳体转动的驱动轴、固定设置于所述驱动轴上且邻近于并平行于所述定片的动片、 W及与所述驱动轴固定连接的重力键，其中，所述动片为极板，所述定片的表面设置有第一 极板和第二极板，所述第一极板和第二极板分别与所述动片的极板的不同部分构成第一电 容和第二电容；所述第一变面积差动式电容传感器的驱动轴与第二变面积差动式电容器的 驱动轴垂直。
[0006] 优选地，所述变面积差动式电容传感器包括多个间隔设置的所述动片和定片，每 对所述动片和定片形成的第一电容相互并联形成第一电容组，每对所述动片和定片形成的 第二电容相互并联形成第二电容组；所述驱动轴由滚珠轴承支撑，所述重力键由推力轴承 固定。
[0007] 优选地，所述动片为W所述驱动轴的轴线为圆也的扇形极板。
[0008] 进一步地，所述平面倾斜检测装置还包括分别将所述第一和第二变面积差动式电 容传感器的电容量转换为第一和第二直流电信号输出的第一和第二测量电路，所述测量电 路包括根据所述第一和第二电容组调制方波占空比的差动脉宽调制电路、对所述方波进行 滤波w得到直流电信号的滤波电路、w及对直流电信号进行放大w得到预定大小的直流电 信号的电流放大电路。
[0009] 进一步地，所述平面倾斜检测装置还包括用于计算被测平面倾斜角度和倾斜方向 的计算单元。
[0010] 进一步地，该装置还包括用于显示所述倾斜角度和倾斜方向的显示装置、W及当 所述倾斜角度达到或超过预定角度时输出报警信息的报警装置。
[0011] 本发明还提供了一种平面倾斜检测方法，包括在被测平面上预设两条相互垂直的 坐标轴X轴和Y轴，并在该被测平面上固定安装第一和第二变面积差动式电容传感器W使 得所述第一变面积差动式电容传感器的动片能够沿所述X轴方向摆动且所述第二变面积 差动式电容传感器的动片能够沿所述Y轴方向摆动，通过第一和第二测量电路分别将所 述第一和第二变面积差动式电容传感器的电容量转换为第一和第二直流电信号，该方法 还包括根据如下公式计算被测平面的倾斜角度目：
其中， ly为所述第一直流电信号的电流大小，ly为所述第二直流电信号的电流大小，I。为当被测 平面水平时所述直流电信号的电流大小，1为根据如下公式计算的被测平面的半径系数：
'其中，目。"为预定的被测平面的最大倾斜角度，Zm"为当被测平面的倾斜角度 为Pm。,时该平面的倾斜模数，Zmai根据如下公式计算
其中， 和I'y分别为当被测平面的倾斜角度为目时所述第一和第二直流电信号的电流大小。
[0012] 进一步地，还包括根据如下方法计算被测平面的倾斜方向：当ly=l。且ly=l。时，被 测平面无倾斜；否则，根据如下公式计算被测平面的倾斜方向与X轴正方向的夹角a:
[0013]
[0014] 进一步地，还包括如下预校准过程；将所述第一和第二变面积差动式电容传感器 正交安装于活动平面上，保持所述活动平台水平，调节所述第一和第二测量电路，使得1,=1。 且Iy=i。；保持所述活动平台沿X轴的正方向的倾斜角度为em"，调节所述第一和第二测量 电路，使得且Iy=I。；保持所述活动平台沿X轴的负方向的倾斜角度为目_，调节所述 第一和第二测量电路，使得且Iy=I。；保持所述活动平台沿Y轴的正方向的倾斜角度 为目may,调节所述第一和第二测量电路，使得Iy=I。且Iy=Imay;保持所述活动平台沿X轴的负 方向的倾斜角度为目调节所述第一和第二测量电路，使得Iy=I。且Iy=Imi。。
[00巧]优选地，Im化=4mA，Imax=20mA，I〇=12mA。
[0016] 本发明提供的平面倾斜检测装置及方法，对比于现有技术，其有益效果在于：
[0017] 1)使用正交安装的两个变面积差动式电容传感器，能够测得平面在任意方向的倾 斜角度和倾斜方向；
[0018] 2)使用差动式电容传感器，可获得较高的倾斜检测的灵敏度；
[0019] 3)差动式电容传感器中设置了多个动片和定片，可获得较大的电容量，进一步使 得检测精度提局；
[0020] 4)测量电路中设置了电流放大电路，通过调节电流放大电路，使得被测平面在倾 斜角度最大时其输出的电流幅度为预定的最大值，从而可W最大限度地利用测量仪表的标 准电流的输出幅度，也有利于测量精度和灵敏度的提高；
[0021] 5)报警装置可W在倾斜角度达到或超过报警值的时候进行报警，W便于操作人员 采取调整措施。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的平面倾斜检测装置的优选的实施方式的结构示意图；
[0023] 图2为本发明的平面倾斜检测装置的变面积差动式电容传感器的一个安装方式 示意图；
[0024] 图3为本发明的平面倾斜检测装置的变面积差动式电容传感器的另一个安装方 式示意图；
[0025] 图4为本发明的平面倾斜检测装置的优选的实施方式的变面积差动式电容传感 器的结构示意图；
[0026] 图5为图4中动片和定片的结构不意图；
[0027] 图6为图4的变面积差动式电容传感器的工作方式示意图；
[0028] 图7为本发明的平面倾斜检测装置的优选的实施方式的测量电路的结构示意图；
[0029] 图8为用于校验本发明的平面倾斜检测装置的校验装置的结构示意图；
[0030] 图9为被测平面的倾斜角度示意图；
[0031] 图10为本发明的平面倾斜检测方法的倾斜角度计算方法的原理示意图；
[0032] 图11为被测平面的倾斜方向示意图。
[0033] 主要附图标记说明：
[0034] 1 ;煤气柜活塞2 ;煤气柜外壳3 ;升降导轮 [00巧]10 ;第一变面积差动式电容传感器
[0036] 20 ;第二变面积差动式电容传感器
[0037]C1 ;第一电容组C2 ;第二电容组