傾斜角度傳感器的製作方法

2023-09-18 02:45:45

專利名稱：傾斜角度傳感器的製作方法
技術領域：
本發明為傾斜角度傳感器，它能在重力場內檢測出0～±90°範圍內的傾斜角度，很適宜在建築機械、機器人、醫療器械等裝置中使用。
隨著自動化技術的發展，在建築機械、機器人、醫療器械等設備中，要保證姿勢正確，重心穩定，對傾斜角度進行控制以及對危險傾斜角度進行報警，傾斜角度的檢測是不可缺少的。據資料報導，目前已研製出來的傾斜角度傳感器，有電位器型、差動變壓器型、靜電電容型、伺服型若干形式。檢測精度有的達到「度」水平級，有的可達「秒」水平級。目前研究開發較為活躍的是利用液體系統的傾斜角度傳感器，所使用的液體有電介質溶液、磁性流體、電解質溶液等。參考文獻為(1)日刊「省力上自動化」V。L18NO·9(1987)25～41頁;(2)日刊「センサ技術」V。L7NO·4(1987)42～46頁;(3)日刊「センサ技術」V。L7NO·3(1987)60～63頁。
但現有的傾斜角度傳感器，不同程度地存在著下述不足之處(1)、結構複雜、製作工藝要求高。(2)、抗振動特性不佳，使用環境要求高。(3)、對於利用液體系統的各種結構形式的傳感器，液體的表面張力、粘度對檢測精度、解析度存在一定影響。
本發明旨在為用戶提供一種具有較好的抗衝擊、抗振動，能適應不同環境要求，可直接輸出與傾斜角度相對應的電信號的傾斜角度傳感器，以滿足用戶需要。本發明為一維傾斜角度傳感器，它沒有複雜的機械結構，利用光電變換直接輸出與傾斜角度相對應的電信號。


圖1為本發明傾斜角度傳感器的原理示意圖。圖2和圖3是本發明一個實施例結構示意圖。圖4為兩相交直線狀滑道板傳感器結構示意圖，該種結構的傳感器僅用於對危險傾斜角度進行報警的場合。以下結合附圖來敘述本發明的原理。
在圖1中，(2)為小球，(3)為滑道板，該滑道板的滑道是圓弧形狀的，是一個大於半個圓周的圓弧狀滑道板。圓弧形狀大於半個圓周是為了保證能檢測出0～±90°的傾斜角度量程。小球(2)置於這個滑道板上，當傾斜時，小球(2)沿滑道板(3)滾動並停留在某一位置。小球(2)的背後，對稱地安置兩個受光元件(1)，光源(4)正面照射在小球(2)上。隨著傾斜角度的不同，小球(2)在兩個受光元件(1)上的投影狀態不同，兩個受光元件的輸出信號大小也將隨之變化，比較兩個受光元件的輸出信號大小，便獲得了與傾斜角度相對應的電信號，電信號的極性用來判斷傾斜方向。
圖2和圖3是本發明的一個實施例，它是一維傾斜角度傳感器。圖2中的(3)為滑道板，滑道是圓弧形狀的，它相當於在一塊具有一定厚度的矩形板上挖去大半個圓，如圖1中的(3)所示。(8)為兩塊透明擋板，一前一後地擋在滑道板(3)的兩端，(7)為蓋板，(5)為傳感器支架，(6)為發光元件，固定在傳感器支架(5)上，安放在一塊透明擋板的外側，要求該發光元件發出的光線以平行光線為佳。(1)為兩個受光元件，亦固定在傳感器支架(5)上，安放在另一塊透明擋板的外側，以光電池為佳。小球(2)在滑道板(3)上及兩塊透明擋板(8)之內可自由滾動，小球的直徑應略小於滑道板的厚度。小球(2)也可以是小圓柱體，以其柱面在滑道板上滾動。發光元件(6)發出的光線被小球或小圓柱體(2)擋住一部分後射到兩個受光元件(1)上，由於兩個受光元件是對稱放置，無傾斜時，兩個受光元件(1)受到光照情況一樣，故兩個受光元件的輸出信號之差為零。傾斜時，小球或小圓柱體(2)在圓弧狀滑道板(3)上滾動後停留在某個位置，改變了兩個受光元件(1)的光照情況，故兩個受光元件的輸出信號之差不為零，根據兩個受光元件輸出信號差值的大小和極性，即可得到傾斜角度的大小和傾斜方向。
若僅對某個危險傾斜角度θ進行越限報警，那麼只要把滑道板的形狀改變為兩相交直線狀即可，如圖4中的(9)所示的那樣。兩相交直線相交於(A)點，且與水平線的夾角均為θ，小球或小圓柱體(2)平時停留在(A)處，此時兩受光元件(1)的輸出信號之差為零，只有當傾斜角度大於θ之後，小球或小圓柱體(2)才會離開(A)點，引起兩個受光元件(1)輸出信號之差不為零，該信號便可用作傾斜角度超過θ的報警信號。
本發明傳感器支架(5)的形狀以及蓋板(7)、透明擋板(8)如何與支架(5)固連的方法(螺釘緊固或粘合劑粘結緊固)並不重要，當然發光元件(6)及受光元件(1)的裝配工藝應有所講究。
權利要求
1.以小球隨傾斜角度變化而改變位置的一維傾斜角度傳感器，它具有支架(5)、發光元件(6)、受光元件(1)、蓋板(7)、透明擋板(8)幾個部分，其特徵在於它還具有小球(2)和滑道板(3)，並將小球(2)置於滑道板(3)上。
2.如權利要求1所述的傾斜角度傳感器，其特徵在於滑道板(3)的滑道既可以是圓弧形狀的，亦可以是與水平線相交為θ角的兩段相交直線。
3.如權利要求1所述的傾斜角度傳感器，其特徵在於置於滑道板(3)上的小球(2)亦可為小圓柱體。
全文摘要
本發明為一維傾斜角度傳感器，它集小球、滑道板、發光元件、受光元件等部件為一體。隨著傾斜角度的不同，小球在滑道板上滾動後停留的位置不同，改變了小球在對稱安放的兩個受光元件上的投影狀態，從而改變了兩個受光元件輸出信號的差值；根據差值的大小和極性便可得到傾斜角度的大小和傾斜方向。只需改變滑道板的形狀，便可改型為僅對危險傾斜角度進行越限報警的傳感器。本發明在建築機械、機器人、醫療器械中將得到廣泛地應用。
文檔編號G01C9/10GK1030640SQ88105719
公開日1989年1月25日 申請日期1988年5月26日 優先權日1988年5月26日
發明者黃智偉, 李富英 申請人:衡陽市電子研究所