專利名稱：擺式二維角位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量工程結(jié)構(gòu)面傾斜角度的傳感器，具體的說是一種擺式二 維角位移傳感器。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的機械式、碼盤式、光柵式及光電式等角位移傳感器，由于只能測量一 維方向上傾斜的角度，導(dǎo)致使用上受局限或不便，不能滿足工程結(jié)構(gòu)面角位移的測量。
實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有角位移傳感器的不足，本實用新型提出一種擺式二維角位移傳感器，它 采用中心軸線相互垂直布置的兩個角位移裝置，測量出二維方向上角位移數(shù)據(jù)，經(jīng)二維角 位移處理器的處理，得出工程結(jié)構(gòu)面傾斜的角度。本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型提出的擺式二維角位移傳感器，適用于工程結(jié)構(gòu)面傾斜角度的測量， 配套的二次儀表是擺式二維角位移處理儀?！N擺式二維角位移傳感器，包括了角位移裝置I (11)、角位移裝置II (12)、激光 瞄準(zhǔn)器(3)、激光瞄準(zhǔn)器插座(4)、連線插座(5)、機殼(1)和底座(2)；其特征在于在矩形 的底座(2)上，固定著兩個中心軸線相互垂直，結(jié)構(gòu)相同的角位移裝置I (11)和角位移裝置 11(12)；機殼(1)的頂面和一側(cè)端面上，沿傳感器中心軸線各設(shè)置一個能轉(zhuǎn)動90°或180° 的激光瞄準(zhǔn)器插座(4)，另一側(cè)的端面上有一個連線插座(5)和電源指示器(6)；在兩個角 位移裝置相應(yīng)位置的機殼(1)側(cè)面上，有鉛垂擺制動開關(guān)1(22)和鉛垂擺制動開關(guān)11(23) 的安裝窗口 ；底座(2)的四角各有一個螺栓孔；所述的角位移裝置I (11)或角位移裝置II (12)的結(jié)構(gòu)，在矩形底板(13)的中間， 有兩個與底板(13)短邊平行的支架(14)；兩個支架(14)的外側(cè)分別固定著電機(15)和角 位移器(41)，電機(15)與角位移器(41)的主軸位于同一水平軸線，并在兩個支架(14)的 內(nèi)側(cè)由主軸傳動器(51)的傳動軸套(53)予以連接；主軸傳動器(51)的頂推導(dǎo)軌(54)固 定于角位移器(41)側(cè)的支架(14)上，彈簧(52)將傳動軸套(53)端面的圓弧凸塊(55)緊 抵于頂推導(dǎo)軌(54)，所述的電機主軸(16)外壁上具有傳動桿(24)，傳動軸套(53)內(nèi)壁上 有供傳動桿(24)在其中左、右滑動的傳動滑槽，所述的傳動滑套(53)左端具有供角位移器 主軸(42)滑行的通孔，所述的傳動滑套(53)中有傳動銷(56)，所述的角位移器主軸(42) 前端有與傳動銷(56)配合的傳動槽(43)，所述的頂推導(dǎo)軌(54)為與傳動軸套(53)內(nèi)、外 徑相等的圓形軌道，在軌道中心鉛垂線的-47°處有從平面過度到斜面的臺階，以及在軌道 中心鉛垂線的+70°處從斜面過度到平面；當(dāng)電機主軸(16)上的傳動桿(24)帶著傳動軸 套(53)轉(zhuǎn)動時，頂推導(dǎo)軌(54)的臺階及斜面將傳動軸套(53)沿主軸線方向來回移動，通 過角位移器主軸(42)前端傳動槽(43)與傳動銷(56)配合與否，形成對角位移器主軸(42) 傳動的離合；遮光桿(17)固定于支架(14)內(nèi)側(cè)的角位移器主軸(42)上，與該主軸(42)同 步轉(zhuǎn)動；遮光桿擋塊(18)位于角位移器(41)側(cè)的支架(14)，與主軸中心鉛垂線的-47°處；角位移器主軸(42)在電機(15)的帶動下，將遮光桿(17)從主軸中心鉛垂線的-47° 處順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動至主軸中心鉛垂線的+70°時，傳動軸套(53)與角位移器主軸(42)脫 開，角位移器主軸(42)靠安裝于其上的盤簧(45)的彈力逆時針轉(zhuǎn)動返回到-47°的原位； 鉛垂擺(31)位于兩個支架(14)內(nèi)側(cè)及主軸下方的傳感器中心軸線上，擺臂(32)上端的 銷軸(35)各自支承于兩側(cè)的支架(14)，鉛垂擺(31)圍繞該銷軸(35)能在士45°范圍內(nèi) 擺動，并保持鉛直狀態(tài)；鉛垂擺擋塊(21)位于主軸中心鉛垂線+45°的支架(14)邊緣，鉛 垂擺制動開關(guān)(22或23)位于主軸中心鉛垂線-45°的支架(14)邊緣；角位移器光電開關(guān) (36)位于鉛垂擺(31)靠近重塊(33)的兩擺臂(32)中間，遮光桿(17)轉(zhuǎn)動到該位置時將 切換光電開關(guān)(36)的光線；角位移器光電開關(guān)(19)位于兩支架(14)中間的主軸中心鉛垂 線+45°處，遮光桿(17)轉(zhuǎn)動到該位置時將切換光電開關(guān)(19)的光線；電機光電開關(guān)(20) 位于兩支架(14)中間的主軸中心鉛垂線+60°處，遮光桿(17)轉(zhuǎn)動到該位置時將切換電機 光電開關(guān)(20)的光線。所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于電機(15)的轉(zhuǎn)動速度為2r/min，且 逆時針定向轉(zhuǎn)動。所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的角位移器(41)，盤簧(45)及 主動齒輪共軸放置在機架(44)內(nèi)，主軸(42)兩端活動置于機架(44)相對的壁上；齒輪組 (47)的從動齒輪分別由大至小相互嚙合，與主動齒輪相嚙合的棘輪(46)為齒輪組(47)的 最大從動齒輪，與調(diào)制擺(48)相嚙合的為最小從動齒輪；一個槽型光電斷續(xù)器(49)置于機 架(44)上，該光電斷續(xù)器(49)的發(fā)射極和接收極分別置于調(diào)制擺(48)擺針的兩側(cè)，其之 間的光線垂直于調(diào)制擺(48)擺針面；所述的角位移器主軸(42)在插入傳動軸套(53)的端 面上有一個傳動槽(43)。所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的鉛垂擺(31)呈倒Π型的形 狀，其兩個擺臂(32)的上端各有一個銷軸孔(34)，下端固定于一圓柱形重塊(33)，靠近重 塊(33)的兩擺臂(32)中間有一個角位移器光電開關(guān)(36)。所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的主軸傳動器(51)，包括有依 次活動套于電機主軸(16)和角位移器主軸(42)的頂推導(dǎo)軌(54)、傳動軸套(53)和彈簧 (52)；所述的傳動軸套(53)為圓柱形，其中心有一個通孔，該孔在角位移器主軸(42)段為 圓形孔，在電機主軸(16)段為圓形孔，且孔壁上有相距180°的兩條傳動滑槽(57)，在兩軸 段的交界處有一個橫穿軸孔的傳動銷(56)，以及與彈簧(52)接觸的端面為平面，另一側(cè)端 面上有一個凸起的圓弧滑塊(55)；所述的彈簧(52)為壓簧。所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的角位移器光電開關(guān)(19)、角 位移器光電開關(guān)(36)與電機光電開關(guān)(20)，均為同種規(guī)格型號的槽型光電斷續(xù)器，其槽口 間能被遮光桿(17)桿端的遮光葉片通過，該光電斷續(xù)器的發(fā)射極和接收極分別置于該遮 光葉片的兩側(cè)，其之間的光線垂直于遮光葉面。所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的遮光桿(17)桿端遮光葉片為 扁平狀，且為不透光的黑色材料。所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的調(diào)制擺(48)擺針端為扁平 狀，且為不透光的黑色材料。本實用新型的原理
5[0017]1、被測工程結(jié)構(gòu)與傳感器為同一個角位移控制系在傳感器安裝時，先通過沿傳 感器中心軸線布置的激光瞄準(zhǔn)器所射出的激光，邊調(diào)整傳感器底座的位置，邊瞄準(zhǔn)工程結(jié) 構(gòu)的鉛直控制點，然后把傳感器固定于被測工程的結(jié)構(gòu)上。這樣，就能建立被測工程結(jié)構(gòu)與 傳感器為同一個角位移控制系。2、角位移裝置工作原理測量時，按下二維角位移處理器的自動或手動按鈕，電機 的主軸帶著傳動軸套開始轉(zhuǎn)動，同時傳動軸套靠彈簧的彈力緊抵頂推導(dǎo)軌。當(dāng)傳動軸套端 面上的圓弧凸塊轉(zhuǎn)到頂推導(dǎo)軌的臺階位置(中心鉛垂線-47° )時，傳動軸套向角位移器方 向移動，且把傳動軸套上的傳動銷頂入角位移器主軸的傳動凹槽，使角位移器主軸開始順 時針方向轉(zhuǎn)動。在角位移器內(nèi)部，齒輪組最大從動輪的棘輪作用下，開始盤緊盤簧。另外， 固定于角位移器主軸上的遮光桿也同步轉(zhuǎn)動，遮光桿的桿端葉面經(jīng)過鉛垂擺上的角位移光 電開關(guān)(36)位置(隨機)時，切換了該開關(guān)(36)的光線，使得開關(guān)(36)電路的D觸發(fā)器 啟動；主軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，遮光桿的桿端葉面經(jīng)過支架上的角位移光電開關(guān)(19)位置(中心鉛 垂線+45° )時，切換了該開關(guān)(19)的光線，使得開關(guān)(19)電路的D觸發(fā)器啟動；主軸繼 續(xù)轉(zhuǎn)動，遮光桿的桿端葉面經(jīng)過支架上的電機光電開關(guān)位置(中心鉛垂線+60° )時，切換 了該開關(guān)的光線，使得開關(guān)電路的D觸發(fā)器啟動；主軸再繼續(xù)轉(zhuǎn)動，傳動軸套端面上的圓弧 凸塊沿著頂推導(dǎo)軌滑行至斜面結(jié)束(中心鉛垂線+70° )，頂推導(dǎo)軌把傳動軸套頂回原來位 置，傳動軸套與角位移器主軸脫開。角位移器主軸靠盤簧的彈力向反的逆時針方向轉(zhuǎn)動，由 齒輪組的最小從動輪帶著調(diào)制擺開始擺動，其擺針切換光電斷續(xù)器的光線；同時，遮光桿也 向逆時針方向轉(zhuǎn)動，遮光桿經(jīng)過電機光電開關(guān)位置(中心鉛垂線的+60° )遮住了光線，使 得該開關(guān)電路的觸發(fā)器啟動，電機延遲2秒后停止轉(zhuǎn)動；遮光桿經(jīng)過角位移光電開關(guān)(19) 位置(中心鉛垂線+45° )遮住了光線，使該開關(guān)(19)電路D觸發(fā)器觸發(fā)，角位移器開始計 數(shù)；角位移器主軸繼續(xù)向逆時針方向轉(zhuǎn)動，遮光桿經(jīng)過角位移光電開關(guān)(36)位置(隨機) 遮住了光線，使該開關(guān)(36)電路D觸發(fā)器觸發(fā)，角位移器停止計數(shù)，并儲存該計數(shù)值；最后， 角位移器主軸帶這遮光桿轉(zhuǎn)回至原位(中心鉛垂線-47° )，以及角位移器的調(diào)制擺停止擺 動。被儲存的計數(shù)值，經(jīng)處理器的處理，顯示出即時的角位移數(shù)值和角位移方向。若要再次 測量，重復(fù)上述步驟。3、角位移器工作原理角位移器的主軸轉(zhuǎn)動一周，經(jīng)齒輪組的傳動，其最小從動 輪帶動調(diào)制擺的擺針切換槽型光電斷續(xù)器槽口內(nèi)的光線數(shù)萬次，提高了分辨率。該槽型光 電斷續(xù)器的發(fā)射極和接收極分別置于調(diào)制擺擺針面的兩側(cè)，當(dāng)擺動的調(diào)制擺擺針面擋住發(fā) 射極的光線時，接收極處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)擺動的調(diào)制擺擺針面未擋住發(fā)射極的光線時，接收 極處于導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，就把機械信號轉(zhuǎn)換為角位移的數(shù)字信號。4、測出被測工程結(jié)構(gòu)面的傾斜角度與方向事先在實驗室分別對兩個角位移裝置 進行測量讀數(shù)值的標(biāo)定，得出傳感器軸線在鉛直狀態(tài)時，遮光桿從角位移器計數(shù)光電開關(guān) (19)轉(zhuǎn)動到調(diào)制擺的角位移器計數(shù)光電開關(guān)(36)的讀數(shù)標(biāo)定值。然后，將傳感器安裝在工 程結(jié)構(gòu)上進行測量時，由處理器將測量讀數(shù)與標(biāo)定讀數(shù)比較若測量讀數(shù)大于標(biāo)定讀數(shù)，則 工程結(jié)構(gòu)向右傾斜為“_”值；若測量讀數(shù)等于標(biāo)定讀數(shù)，則工程結(jié)構(gòu)處于鉛直狀態(tài)；若測量 讀數(shù)小于標(biāo)定讀數(shù)，則工程結(jié)構(gòu)向左傾斜為“ + ”值。最后，由處理器對兩個角位移器的讀數(shù) 進行矢量處理，得出該工程結(jié)構(gòu)的傾斜角度與方向。本實用新型的效果[0022]本實用新型的擺式二維角位移傳感器，具有精度高、分辨率好、工作可靠、體積小、 造價低、數(shù)字信號輸出、能測量出結(jié)構(gòu)面傾斜角度等的特點，滿足工程設(shè)計、科研與施工等 應(yīng)用的需求。

圖IA本實用新型的擺式二維角位移傳感器正剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖IB本實用新型的擺式二維角位移傳感器側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖IC本實用新型的擺式二維角位移傳感器俯剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A本實用新型的角位移裝置正視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B本實用新型的角位移裝置角位移器剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2C本實用新型的角位移裝置俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2D本實用新型的角位移裝置側(cè)剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3A本實用新型的鉛垂擺正視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3B本實用新型的鉛垂擺側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3C本實用新型的鉛垂擺俯剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4A本實用新型的主軸傳動器正剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4B本實用新型的主軸傳動器傳動軸套端側(cè)剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4C本實用新型的主軸傳動器俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4D本實用新型的主軸傳動器電機主軸段傳動軸套剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號機殼1、底座2、激光瞄準(zhǔn)器3、激光瞄準(zhǔn)器插座4、連線插座5、電源指示 器6;角位移裝置I 11、角位移裝置II 12、底板13、支架14、電機15、電機主軸16、遮光桿 17、遮光桿擋塊18、角位移光電開關(guān)19、電機光電開關(guān)20、鉛垂擺擋塊21、鉛垂擺制動開關(guān)
I22、鉛垂擺制動開關(guān)II 23、傳動桿24 ；鉛垂擺31、擺臂32、重塊33、銷軸孔34、銷軸35、 角位移光電開關(guān)36 ；角位移器41、角位移器主軸42、傳動槽43、機架44、盤簧45、棘輪46、 齒輪組47、調(diào)制擺48、槽型光電斷續(xù)器49 ；主軸傳動器51、彈簧52、傳動軸套53、頂推導(dǎo)軌 54、圓弧凸塊55、傳動銷56、傳動滑槽57。
具體實施方式
參見圖1A、1B、1C的擺式二維角位移傳感器，包括了角位移裝置I 11、角位移裝置
II12、激光瞄準(zhǔn)器3、激光瞄準(zhǔn)器插座4、連線插座5、機殼1和底座2。其特征在于在矩形 的底座2上，固定著兩個中心軸線相互垂直，結(jié)構(gòu)及尺寸均相同的角位移裝置I 11和角位 移裝置II 12;機殼1的頂面和一側(cè)端面上，沿傳感器中心軸線各設(shè)置一個能轉(zhuǎn)動90°或 180°的激光瞄準(zhǔn)器插座4，另一側(cè)的端面上有一個連線插座5和電源指示器6 ；在兩個角 位移裝置相應(yīng)位置的機殼1側(cè)面上，有鉛垂擺制動開關(guān)I 22和鉛垂擺制動開關(guān)II 23的窗 口 ；底座2的四角各有一個螺栓孔。參見圖2A、2B、2C、2D所述的角位移傳感裝置，其特征在于在矩形底板13的中間， 有兩個與底板13短邊平行的支架14 ；兩個支架14的外側(cè)分別固定著電機15和角位移器 41，電機15與角位移器41的主軸位于同一水平軸線，并在兩個支架14的內(nèi)側(cè)由主軸傳動 器51的傳動軸套53予以連接；主軸傳動器51的頂推導(dǎo)軌54固定于角位移器41側(cè)的支架 14，彈簧52將傳動軸套53端面的圓弧凸塊55緊抵于頂推導(dǎo)軌54，當(dāng)電機主軸16上的兩根傳動桿24帶著傳動軸套53轉(zhuǎn)動時，頂推導(dǎo)軌54的臺階及斜面將傳動軸套53沿主軸線方向來回移動，形成對角位移器主軸42傳動的離合；遮光桿17固定于支架14內(nèi)側(cè)的角位移 器主軸42上，與該主軸42同步轉(zhuǎn)動；遮光桿擋塊18位于角位移器41側(cè)的支架14，與主軸 中心鉛垂線的-47°處；角位移器主軸42在電機15的帶動下，將遮光桿17從主軸中心鉛 垂線的-47°處順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動至主軸中心鉛垂線的+70°時，傳動軸套53與角位移器主 軸42脫開，角位移器主軸42靠盤簧45的彈力逆時針轉(zhuǎn)動返回到-47°的原位；鉛垂擺31 位于兩個支架14內(nèi)側(cè)及主軸下方的傳感器中心軸線上，擺臂32上端的銷軸35各自支承于 兩側(cè)的支架14，鉛垂擺31圍繞該銷軸35能在士45°范圍內(nèi)擺動，并保持鉛直狀態(tài)；鉛垂擺 擋塊21位于主軸中心鉛垂線+45°的支架14邊緣，鉛垂擺制動開關(guān)22、23位于主軸中心鉛 垂線-45°的支架14邊緣；角位移器光電開關(guān)36位于鉛垂擺31靠近重塊33的兩擺臂32 中間，遮光桿17轉(zhuǎn)動到該位置時將切換該開關(guān)36的光線；角位移器光電開關(guān)19位于兩支 架14中間的主軸中心鉛垂線+45°處，遮光桿17轉(zhuǎn)動到該位置時將切換該開關(guān)19的光線； 電機光電開關(guān)20位于兩支架14中間的主軸中心鉛垂線+60°處，遮光桿17轉(zhuǎn)動到該位置 時將切換該開關(guān)20的光線。所述的電機15，其特征在于電機15的轉(zhuǎn)動速度為2r/min，且 逆時針定向轉(zhuǎn)動。所述的角位移器41，其特征在于盤簧45及主動齒輪共軸放置在機架44 內(nèi)，主軸42兩端活動置于機架44相對的壁上；齒輪組47的從動齒輪分別由大至小相互嚙 合，與主動齒輪相嚙合的棘輪46為齒輪組47的最大從動齒輪，與調(diào)制擺48相嚙合的為最 小從動齒輪；一個槽型光電斷續(xù)器49置于機架44，該光電斷續(xù)器49的發(fā)射極和接收極分 別置于調(diào)制擺48擺針的兩側(cè)，其之間的光線垂直于調(diào)制擺48擺針面；所述的角位移器主軸 42在插入傳動軸套53的端面上有一個傳動槽43。所述的角位移器光電開關(guān)19、角位移器 光電開關(guān)36與電機光電開關(guān)20，其特征在于所述的該些開關(guān)均為同種規(guī)格型號的槽型光 電斷續(xù)器，其槽口間能被遮光桿17桿端的遮光葉片通過，該光電斷續(xù)器的發(fā)射極和接收極 分別置于該遮光葉片的兩側(cè)，其之間的光線垂直于遮光葉面。所述的遮光桿17，其特征在 于所述的遮光桿17桿端遮光葉片為扁平狀，且為不透光的黑色材料。所述的調(diào)制擺48， 其特征在于所述的調(diào)制擺48擺針端為扁平狀，且為不透光的黑色材料。參見圖3A、3B、3C所述的鉛垂擺31，其特征在于鉛垂擺31呈倒Π型的形狀，其兩 個擺臂32的上端各有一個銷軸孔34，下端固定于一圓柱形重塊33，靠近重塊33的兩擺臂 32中間有一個角位移器光電開關(guān)36。參見圖4A、4B、4C、4D所述的主軸傳動器51，其特征在于包括有依次活動套于電 機主軸16和角位移器主軸42的頂推導(dǎo)軌54、傳動軸套53和彈簧52 ；所述的頂推導(dǎo)軌54 為與傳動軸套53內(nèi)、外徑相等的圓形軌道，在軌道中心鉛垂線的-47°處有從平面過度到 斜面的臺階，以及在軌道中心鉛垂線的+70°處從斜面過度到平面；所述的傳動軸套53為 圓柱形，其中心有一個通孔，該孔在角位移器主軸42段為圓形孔，在電機主軸16段為圓形 孔，且孔壁上有相距180°的兩條傳動滑槽57，在兩軸段的交界處有一個橫穿軸孔的傳動 銷56，以及與彈簧52接觸的端面為平面，另一側(cè)端面上有一個凸起的圓弧滑塊55 ；所述的 彈簧52為壓簧。機殼1的作用是保護傳感器，以及固定激光瞄準(zhǔn)器插座、連線插座、電源指示器； 底座2的作用是固定兩個相互垂直的角位移裝置I和角位移裝置II ；激光瞄準(zhǔn)器3的作用 是方便于建立工程結(jié)構(gòu)與傳感器為同一測量系；激光瞄準(zhǔn)器插座4的作用是臨時固定激光瞄準(zhǔn)器，并讓激光瞄準(zhǔn)器90°或180°轉(zhuǎn)動；連線插座5的作用是為傳感器與二維角位移處 理器數(shù)據(jù)信號和電源的連接；電源指示器6的作用是提示傳感器與二維角位移處理器連接 的狀況；角位移裝置I 10和角位移裝置II 11的作用是測量出工程結(jié)構(gòu)在兩個垂直方向 上的角位移及其方向；底板12的作用是將角位移裝置固定于傳感器的底座2 ；支架13的作 用是固定電機15和角位移器41 ；電機15的作用是慢速逆時針轉(zhuǎn)動，為角位移器41提供動 力；電機主軸16的作用是經(jīng)傳動軸套53傳動角位移器41 ；遮光桿17的作用是切換角位移 光電開關(guān)19、角位移光電開關(guān)36和電機光電開關(guān)20的光線；遮光桿擋塊18的作用是限制 遮光桿17轉(zhuǎn)動的范圍；角位移光電開關(guān)19的作用是為角位移器41計數(shù)的起點；電機光電 開關(guān)20的作用是控制電機15的轉(zhuǎn)動；鉛垂擺制動開關(guān)I 21和鉛垂擺制動開關(guān)II 22的作 用是傳感器不工作時，為調(diào)制擺31制動，保護其銷軸 35的刀口 ；傳動桿24的作用是為電機 主軸16與傳動軸套53的傳動；鉛垂擺31的作用是作為傳感器鉛直度的控制；擺臂32的 作用是放低鉛垂擺31的重心，下端固定于重塊33和上端由銷軸孔34支承于銷軸35 ；重塊 33的作用是增加鉛垂擺31的重量，有利于鉛垂擺31保持鉛直；銷軸孔34的作用是盡可能 減小阻力地支撐銷軸35 ；銷軸35的作用是讓支架14支承鉛垂擺31，并讓鉛垂擺31自由擺 動；角位移光電開關(guān)36的作用是為角位移器41計數(shù)的終點；角位移器41的作用是將角 位移的機械信號轉(zhuǎn)換為電信號，并確保傳感器的分辨率和精度；角位移器主軸42的作用是 為角位移器41傳動；傳動槽43的作用是讓電機主軸16傳動角位移器主軸42 ；機架44的 作用是固定盤簧45、棘輪46、齒輪組47、調(diào)制擺48和槽型光電斷續(xù)器49 ；盤簧45的作用是 為角位移器41工作時提供動力；棘輪46的作用是讓主軸42盤緊盤簧45 ；齒輪組47的作 用是放大角位移的讀數(shù)，提高分辨率；調(diào)制擺48的作用是切換槽型光電斷續(xù)器49的光線； 槽型光電斷續(xù)器49的作用是光電開關(guān)，讓機械信號轉(zhuǎn)換為電信號；主軸傳動器51的作用是 控制電機主軸16與角位移器主軸42的離合；彈簧52的作用是讓傳動軸套53的滑動凸塊 55緊抵于頂推導(dǎo)軌54 ；傳動軸套53的作用是電機主軸16讓傳動角位移器主軸42 ；頂推導(dǎo) 軌54的作用是讓傳動軸套53沿主軸軸線方向來回平移，離合角位移器主軸42 ；圓弧凸塊 55的作用是滑動于頂推導(dǎo)軌54 ；傳動銷56的作用是當(dāng)該銷56插入角位移器主軸42的傳 動槽43，讓傳動軸套53傳動角位移器主軸42 ；傳動滑槽57的作用是讓電機主軸16的傳動 桿24傳動傳動軸套53。本實用新型的具體使用1.把傳感器安放在工程結(jié)構(gòu)上，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的鉛直控制點位置，將激光器插入 傳感器頂面或側(cè)面的激光器插座；2.打開激光器，邊調(diào)整傳感器位置，邊將激光對準(zhǔn)工程結(jié)構(gòu)測量控制點，然后用螺 栓將傳感器固定于工程結(jié)構(gòu)上；3.把與二維角位移處理器的聯(lián)線插頭，插入傳感器的插座；4.開始測量，打開處理器的電源開關(guān)，傳感器的電源指示器亮；5.打開傳感器的兩個鉛垂擺的制動開關(guān)；6.根據(jù)測量方案，按下處理器的自動或手動按鈕，進行工程結(jié)構(gòu)面傾斜角度的測 量；7.處理器上實時顯示出工程結(jié)構(gòu)傾斜的角度與方向。8.測量完畢后，關(guān)閉處理器，拔下連線插頭，拆下傳感器，推上兩個鉛垂擺的制動開關(guān)，準(zhǔn)備下次的 測量。本實用新型的性能1.量程士 45° .2.精度士 0.005° .3.分辨率0.001° .4.測量速度V = 0.06° /s.5.輸出數(shù)字信號·6.工作溫度-10°C 60°C ·7.電源+12v (開關(guān)電源)8.尺寸150X80X100mm(長 X 寬 X 高)·9.重量約 500 克。
權(quán)利要求一種擺式二維角位移傳感器，包括了角位移裝置I(11)、角位移裝置II(12)、激光瞄準(zhǔn)器(3)、激光瞄準(zhǔn)器插座(4)、連線插座(5)、機殼(1)和底座(2)；其特征在于在矩形的底座(2)上，固定著兩個中心軸線相互垂直，結(jié)構(gòu)相同的角位移裝置I(11)和角位移裝置II(12)；機殼(1)的頂面和一側(cè)端面上，沿傳感器中心軸線各設(shè)置一個能轉(zhuǎn)動90°或180°的激光瞄準(zhǔn)器插座(4)，另一側(cè)的端面上有一個連線插座(5)和電源指示器(6)；在兩個角位移裝置相應(yīng)位置的機殼(1)側(cè)面上，有鉛垂擺制動開關(guān)I(22)和鉛垂擺制動開關(guān)II(23)的安裝窗口；底座(2)的四角各有一個螺栓孔；所述的角位移裝置I(11)或角位移裝置II(12)的結(jié)構(gòu)，在矩形底板(13)的中間，有兩個與底板(13)短邊平行的支架(14)；兩個支架(14)的外側(cè)分別固定著電機(15)和角位移器(41)，電機(15)與角位移器(41)的主軸位于同一水平軸線，并在兩個支架(14)的內(nèi)側(cè)由主軸傳動器(51)的傳動軸套(53)予以連接；主軸傳動器(51)的頂推導(dǎo)軌(54)固定于角位移器(41)側(cè)的支架(14)上，彈簧(52)將傳動軸套(53)端面的圓弧凸塊(55)緊抵于頂推導(dǎo)軌(54)，所述的電機主軸(16)外壁上具有傳動桿(24)，傳動軸套(53)內(nèi)壁上有供傳動桿(24)在其中左、右滑動的傳動滑槽，所述的傳動滑套(53)左端具有供角位移器主軸(42)滑行的通孔，所述的傳動滑套(53)中有傳動銷(56)，所述的角位移器主軸(42)前端有與傳動銷(56)配合的傳動槽(43)，所述的頂推導(dǎo)軌(54)為與傳動軸套(53)內(nèi)、外徑相等的圓形軌道，在軌道中心鉛垂線的 47°處有從平面過度到斜面的臺階，以及在軌道中心鉛垂線的+70°處從斜面過度到平面；當(dāng)電機主軸(16)上的傳動桿(24)帶著傳動軸套(53)轉(zhuǎn)動時，頂推導(dǎo)軌(54)的臺階及斜面將傳動軸套(53)沿主軸線方向來回移動，通過角位移器主軸(42)前端傳動槽(43)與傳動銷(56)配合與否，形成對角位移器主軸(42)傳動的離合；遮光桿(17)固定于支架(14)內(nèi)側(cè)的角位移器主軸(42)上，與該主軸(42)同步轉(zhuǎn)動；遮光桿擋塊(18)位于角位移器(41)側(cè)的支架(14)，與主軸中心鉛垂線的 47°處；角位移器主軸(42)在電機(15)的帶動下，將遮光桿(17)從主軸中心鉛垂線的 47°處順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動至主軸中心鉛垂線的+70°時，傳動軸套(53)與角位移器主軸(42)脫開，角位移器主軸(42)靠安裝于其上的盤簧(45)的彈力逆時針轉(zhuǎn)動返回到 47°的原位；鉛垂擺(31)位于兩個支架(14)內(nèi)側(cè)及主軸下方的傳感器中心軸線上，擺臂(32)上端的銷軸(35)各自支承于兩側(cè)的支架(14)，鉛垂擺(31)圍繞該銷軸(35)能在±45°范圍內(nèi)擺動，并保持鉛直狀態(tài)；鉛垂擺擋塊(21)位于主軸中心鉛垂線+45°的支架(14)邊緣，鉛垂擺制動開關(guān)(22或23)位于主軸中心鉛垂線 45°的支架(14)邊緣；角位移器光電開關(guān)(36)位于鉛垂擺(31)靠近重塊(33)的兩擺臂(32)中間，遮光桿(17)轉(zhuǎn)動到該位置時將切換光電開關(guān)(36)的光線；角位移器光電開關(guān)(19)位于兩支架(14)中間的主軸中心鉛垂線+45°處，遮光桿(17)轉(zhuǎn)動到該位置時將切換光電開關(guān)(19)的光線；電機光電開關(guān)(20)位于兩支架(14)中間的主軸中心鉛垂線+60°處，遮光桿(17)轉(zhuǎn)動到該位置時將切換電機光電開關(guān)(20)的光線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于電機(15)的轉(zhuǎn)動速度 為2r/min，且逆時針定向轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的角位移器(41)， 盤簧(45)及主動齒輪共軸放置在機架(44)內(nèi)，主軸(42)兩端活動置于機架(44)相對的 壁上；齒輪組(47)的從動齒輪分別由大至小相互嚙合，與主動齒輪相嚙合的棘輪(46)為齒輪組(47)的最大從動齒輪，與調(diào)制擺(48)相嚙合的為最小從動齒輪；一個槽型光電斷續(xù)器 (49)置于機架(44)上，該光電斷續(xù)器(49)的發(fā)射極和接收極分別置于調(diào)制擺(48)擺針的 兩側(cè)，其之間的光線垂直于調(diào)制擺(48)擺針面；所述的角位移器主軸(42)在插入傳動軸套 (53)的端面上有一個傳動槽(43)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的鉛垂擺(31)呈 倒Π型的形狀，其兩個擺臂(32)的上端各有一個銷軸孔(34)，下端固定于一圓柱形重塊 (33)，靠近重塊(33)的兩擺臂(32)中間有一個角位移器光電開關(guān)(36)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的主軸傳動器 (51)，包括有依次活動套于電機主軸(16)和角位移器主軸(42)的頂推導(dǎo)軌(54)、傳動軸套 (53)和彈簧(52)；所述的傳動軸套(53)為圓柱形，其中心有一個通孔，該孔在角位移器主 軸(42)段為圓形孔，在電機主軸(16)段為圓形孔，且孔壁上有相距180°的兩條傳動滑槽 (57)，在兩軸段的交界處有一個橫穿軸孔的傳動銷(56)，以及與彈簧(52)接觸的端面為平 面，另一側(cè)端面上有一個凸起的圓弧滑塊(55)；所述的彈簧(52)為壓簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的角位移器光電 開關(guān)(19)、角位移器光電開關(guān)(36)與電機光電開關(guān)(20)，均為同種規(guī)格型號的槽型光電斷 續(xù)器，其槽口間能被遮光桿(17)桿端的遮光葉片通過，該光電斷續(xù)器的發(fā)射極和接收極分 別置于該遮光葉片的兩側(cè)，其之間的光線垂直于遮光葉面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的遮光桿(17)桿 端遮光葉片為扁平狀，且為不透光的黑色材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺式二維角位移傳感器，其特征在于所述的調(diào)制擺(48)擺 針端為扁平狀，且為不透光的黑色材料。
專利摘要本實用新型公開了一種測量工程結(jié)構(gòu)傾斜角度的擺式二維角位移傳感器，包括了角位移裝置I、角位移裝置II、激光瞄準(zhǔn)器、機殼和底座。該傳感器能同時測量出工程結(jié)構(gòu)面在兩個相互垂直方向上傾斜的角度和方向，它采用擺、光電開關(guān)、電機來控制角位移器的傳感方式，具有精度高、分辨率好、工作可靠、體積小、造價低、數(shù)字信號輸出等的特點，滿足工程設(shè)計、科研與施工等應(yīng)用的需求。
文檔編號G01B11/26GK201740518SQ20102028205
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者方詩圣, 汪哲蓀, 胡成 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)