专利名称：一种基于单摆原理及激光测距相结合的高精度实时倾角传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种基于单摆原理及激光测距相结合的高精度实时倾角传感器，属于传感器技术领域。
背景技术：
现有的技术中，倾角传感器在工程领域中具有广泛的用途，典型的应用如桥梁、大厦、大坝等都要经常监测它们相对于铅垂线的倾斜角度，以监测建筑物的安全程度。目前，倾角传感器从工作原理上分为气体摆式、液体摆式、固体摆式三种。气体摆式倾斜角传感器是针对现有摆式倾斜角传感器的缺点提出来的。气体摆倾角传感器的敏感质量是气体。气体是密封腔体内的唯一运动体，它的质量较小，在大冲击或高过载时产生的惯性カ也很小，所以具有较强的抗振动或冲击能力。液体摆式倾角传感器系统稳定，在高精度系统中，应用较为广泛，但是液体摆式倾角传感器存在动态范围窄，动态响应频率低等缺点，对测量环境要求也较高。固体摆倾角传感器有明确的摆长和摆心，而在实用中产品类型较多为电磁摆式，其产品测量范围、精度及抗过载能力较高，在工程中应用也较为广泛，但易受电磁干扰，且在连续性、实时性和測量灵敏度等方面也越来越难以满足现今的监测要求。现有的光纤光栅倾角传感器由于测量精度低、寿命短、体积大等缺点难以应用于桥梁结构的变形监测。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供了ー种基于单摆原理及激光测距相结合的高精度实时倾角传感器，其结构简単，能够实现实时监测。本发明包括安装于壳体内的轴承座、电路部分、激光传感器、容器、阻尼液、摆锤、T型摆杆、有刻度的光反射面。所述电路部分包括依次连接的激光传感器、放大单元、演算单元、通信接ロ単元，所述放大器单元设置有显示模块、A/D转换器和功能调节按键，所述T型摆杆由轴承座支撑。所述轴承座固定在壳体内上顶面。所述摆锤固结在T型摆杆上，所述摆锤只能在ー个特定的竖直平面内自由摆动，所述T型摆杆的底部安装有刻度的光反射面，所述摆锤浸泡在具有阻尼液的容器内。所述激光传感器正对于有刻度的光反射面并固定在壳体内的中部，当激光发射遇到T型摆杆的中部的ー个平面上时发生反射，激光传感器接 收到反射信号。本发明装在被测物体上，当被测物体发生倾斜时摆锤带动T型摆杆转动ー个角度，激光发射器发射的激光遇到T型摆杆中部的平面上时发生反射，激光传感器接收到信号，也就是位移，通过这两次位移的差除以设定的杆长，经反正切变换就得到倾斜角。所述激光传感器为正反射激光传感器。所述壳体为铝合金保护盒，所述T型摆杆采用不锈钢材料，所述轴承座采用圆柱轴承。本发明的基本原理是基于单摆倾角的变化都会导致激光传感器与反射面间的距离变化，利用单摆总是竖直向下的原理，通过激光测距传感器检测垂摆的相对位移变化量，经过放大单元和演算单元计算出相对距离变化，然后根据几何原理及三角函数的变换公式，将被测物体的倾角计算出来。激光传感器能实现无接触測量，速度快，精度高，抗光、电干扰能力强等。放大单元能够进行相应的数据采集与数据处理，从而得到倾角和位移变化，并通过放大单元的显示模块将测试结果显示出来。本发明与现有技术相比具有下列优点抗电磁干扰能力強、稳定性好，不受温度变化的影响，操作方便，測量精度高，分辨率能够达到O. 5弧秒，大大提高了工程检测系统的精度；采用不锈钢材料的T型摆杆结构，提高了 T型摆杆的強度；采用摆锤浸泡在装有阻尼液的容器内，能够增强仪器的稳定性；采用铝合金材料制成的保护盒，传感器在0°C到50°C可线性描述，从而它能适应复杂多变外界测试环境，并直接应用于实际工程中；采用具有单向转动的圆柱轴承，能够降低垂摆与摆轴之间的摩擦力，減少垂摆前后的偏移，从而使转动更加灵敏，倾角測量准确度更高；本发明适用于エ业化生产及各种工程结构变形的监测，特别适用于土木工程结构变形的监测，具有较强的实用价值和现实意义。
图I为本发明所述ー种基于单摆原理及激光测距相结合的高精度实时倾角传感器的电路部分的结构示意图，图2为本发明所述ー种基于单摆原理及激光测距相结合的高精度实时倾角传感器的具体结构示意图。其中，图a为主视图，图b为侧视图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进ー步描述如图1、2所示，本发明包括安装于壳体9内的轴承座I、电路部分2、激光传感器3、容器4、阻尼液5、摆锤6、T型摆杆7、有刻度的光反射面8。电路部分2包括依次连接的激光传感器、放大单元、演算単元、通信接ロ単元，所述放大器单元设置有显示模块、A/D转换器和功能调节按键，T型摆杆7由轴承座I支撑。轴承座I固定在壳体9内上顶面。摆锤6固结在T型摆杆7上，摆锤6只能在ー个特定的竖直平面内自由摆动，T型摆杆7的底部安装具有刻度的光反射面8，摆锤6浸泡在具有阻尼液5的容器4内。激光传感器3正对于有刻度的光反射面8并固定在壳体9内的中部。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.ー种基于单摆原理及激光测距相结合的高精度实时倾角传感器，其特征在于包括安装于壳体内的轴承座、电路部分、激光传感器、容器、阻尼液、摆锤、T型摆杆、有刻度的光反射面，所述电路部分包括依次连接的激光传感器、放大单元、演算単元、通信接ロ単元，所述T型摆杆由轴承座支撑，所述轴承座固定在壳体内上顶面，所述摆锤固结在T型摆杆上，所述T型摆杆的底部安装有刻度的光反射面，所述摆锤浸泡在具有阻尼液的容器内，所述激光传感器正对于有刻度的光反射面并固定在壳体内的中部。
2.根据权利要求I所述的ー种基于单摆原理及激光测距相结合的高精度实时倾角传感器，其特征在于所述T型摆杆采用不锈钢材料。
3.根据权利要求I所述的ー种基于单摆原理及激光测距相结合的高精度实时倾角传感器，其特征在于所述壳体为铝合金保护盒。
4.根据权利要求I所述的ー种基于单摆原理及激光测距相结合的高精度实时倾角传感器，其特征在于所述轴承座采用圆柱轴承。
5.根据权利要求I所述的ー种基于单摆原理及激光测距相结合设计的倾角传感器，其特征在于所述放大器单元设置有显示模块、A/D转换器和功能调节按键。
全文摘要
本发明公开了一种基于单摆原理及激光测距相结合的高精度实时倾角传感器，包括安装于壳体内的轴承座、电路部分、激光传感器、容器、阻尼液、摆锤、T型摆杆、有刻度的光反射面。所述电路部分包括依次连接的激光传感器、放大单元、演算单元、通信接口单元，所述放大器单元设置有显示模块和功能调节按键，本发明优点是抗电磁干扰能力强、稳定性好，不受温度变化的影响，操作方便，测量精度高，适用于工业化生产及各种工程结构变形的监测，特别适用于土木工程结构变形的监测，具有较强的实用价值和现实意义。
文档编号G01B21/32GK102706324SQ20121022721
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月30日 优先权日2012年6月30日
发明者刘京, 刘智, 林潘, 蔡曙日, 袁沫海 申请人:交通运输部公路科学研究所, 杭州交通投资建设管理有限公司