专利名称：电子水平仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及检测技术领域的测量仪器，特别涉及一种能够测量仪器基准面与地球水平面夹角的电子水平仪。
背景技术：
长期以来人们多采用水泡水平尺来测量水平，这种方法只能指示与水平尺基准面相贴合的平面与地球水平面的夹角是否为零，而不能测量水平尺与大地平面的夹角。现有的数显水平尺系采用电容式传感器，由于电容式传感器的固有特性，其性能不够稳定。其性能受密封工艺等的影响，因此其时飘和温飘较大，精度难以提高。
本实用新型的目的是提出一种电子水平仪，这种仪器能够测量仪器基准面与地球水平面之间的夹角，并且可以用数显方式显示出来，也可以传送到上位机或其它设备，测量的范围是任意角度即0～360°。
本实用新型的技术方案是一种测量仪器基准面与大地水平面夹角的仪器，该仪器包括传感器甲(1)和与之完全相同的传感器乙(2)，以及安装传感器甲(1)和传感器乙(2)的基板(3)，数据处理单元(4)和显示器(5)，其特征在于传感器甲(1)和传感器乙(2)是两个结构完全相同的力传感器，传感器由应变梁(6)、应变片(7)、重锤(8)和传感器底架(9)构成，应变梁(6)固定在传感器底架(9)上，应变片(7)贴在应变梁(6)靠近传感器底架(9)的根部，而在应变梁(6)的另一端装有重锤(8)；传感器甲(1)安装在基板(3)上，其长度轴线方向与基板的底边相垂直，传感器乙(2)也安装在基板(3)上，其长度轴线方向与基板的底面相平行，基板(3)为长方形，数据处理单元(4)紧靠两传感器固定与显示器(5)一起安装在基板(3)上；传感器甲(1)和传感器乙(2)的输出可以用来计算仪器基准面与水平面的夹角，通过数据处理单元(4)的数据处理，其结果可以在显示器(5)上显示出来。
所述的传感器甲(1)、传感器乙(2)可以采用半导体应变片或采用箔式应变片，也可以用厚膜应变材料或MEMS技术。
本实用新型的有益效果是电子水平仪可以测量仪器基准面与水平面的夹角并且可以数显或传送出来，操作者手拿仪器的基准面贴合到被测面，就可以直接读到该平面与水平面的夹角。本实用新型采用两个完全相同的应变式传感器，由于应变式传感器的稳定性好、寿命长，工作条件无严格要求等，因此更适合于广泛应用。
以下结合附图对本实用新型实施例作进一步说明
图1是电子水平仪的结构示意图。电子水平仪包括传感器甲1和与之完全相同的传感器乙2，以及安装传感器甲1和传感器乙2的基板3，数据处理单元4和显示器5。
传感器甲1安装在基板3上，其长度轴线方向与基板的底边相垂直，传感器乙2也安装在基板3上，其长度轴线方向与基板的底面相平行，基板3为长方形，数据处理单元4紧靠两传感器固定与显示器5一起安装在基板3上；图2中传感器甲或乙的结构是传感器由应变梁6、应变片7、重锤8和传感器底架9构成，应变梁6固定在传感器底架9上，应变片7贴在应变梁6靠近传感器底架9的根部，而在应变梁6的另一端装有重锤8；电子水平仪的工作原理设传感器重锤为m，重力加速度为g，梁的有效长度为l，k为与桥压和材料特性等有关的比例常数，则当基板3的底面与水平面有一夹角θ时，根据力学关系传感器甲1的桥路输出为U1=KmglCos(θ+90°)=-KmglSinθ而传感器乙2的输出为U2=KmglCosθ则根据以上表达式可以求得Tanθ=-U1/U2所以θ=Arc Tan(-U1/U2)根据传感器甲1和传感器乙2的输出U1和U2的值，就可以计算求得夹角θ的大小。同时根据U2和U1的正、负号，就可以知道θ角所在象限。
也就是说当电子水平仪的底板与水平面成一任意角度时，即用电子水平仪去测量物体水平时，传感器甲和乙的输出与之角度成一函数关系，利用微处理器即可计算出角度的大小和所处象限。
当传感器甲1和传感器乙2的输出送到数据处理单元4时，数据处理单元4将几毫伏的信号放大，通过A/D变换和单片机数据处理、计算，就可以求得夹角θ大小的值，并且可以送到数显单元5显示，或者送到控制计算机以便进行相关的记录处理和控制。
传感器甲1和传感器乙2可以根据使用的目的和加工的方便采用不同的方式来实现，例如采用箔式应变片、半导体应变片、厚膜应变材料以及MEMS技术等实现。
权利要求1．一种电子水平仪，该仪器包括传感器甲(1)和与之完全相同的传感器乙(2)，以及安装传感器甲(1)和传感器乙(2)的基板(3)，数据处理单元(4)和显示器(5)，其特征在于传感器甲(1)和传感器乙(2)是两个结构完全相同的力传感器，传感器由应变梁(6)、应变片(7)、重锤(8)和传感器底架(9)构成，应变梁(6)固定在传感器底架(9)上，应变片(7)贴在应变梁(6)靠近传感器底架(9)的根部，而在应变梁(6)的另一端安装有重锤(8)；传感器甲(1)安装在基板(3)上，其长度轴线方向与基板的底边相垂直，传感器乙(2)也安装在基板(3)上，其长度轴线方向与基板的底面相平行，基板(3)为长方形，数据处理单元(4)紧靠传感器固定与显示器(5)一起安装在基板(3)上；传感器甲(1)和传感器乙(2)的输出可以计算仪器基准面与水平面的夹角，通过数据处理单元(4)的数据处理，其结果可以在显示器(5)上显示出来。
2．根据权利要求1所述的一种电子水平仪，其特征在于传感器甲(1)、传感器乙(2)可以采用半导体应变片或采用箔式应变片，也可以用厚膜应变材料或用整体硅应变材料。
专利摘要本实用新型涉及一种测量仪器基准面与水平面夹角的电子水平仪,该装置由两个完全相同的传感器构成并安装在基板上,传感器1的长轴轴线与基板底边相垂直,而传感器2的长轴轴线与底边相平行,利用微处理器即可计算出角度的大小和所处象限。该电子水平仪稳定性好、寿命长,工作条件无严格要求,适合于广泛应用。
文档编号G01C9/00GK2432547SQ00221309
公开日2001年5月30日 申请日期2000年8月3日 优先权日2000年8月3日
发明者王国泰, 王理丽, 梁华为 申请人:中国科学院合肥智能机械研究所