水银动片式角度传感器的制作方法

1.本发明涉及角度传感器，尤其涉及一种水银动片式角度传感器，属于新型传感器技术领域。


背景技术：

2.角度传感器是一种常用传感器，角度传感器主要有电容式角度传感器、电感式角度传感器、光电式角度传感器、霍尔式角度传感器、光栅式角度传感器、光纤式角度传感器和集成芯片式角度传感器，其结构各不相同，性能各有差异，目前许多角度传感器需要转轴和摆锤，例如电容式角度传感器。转轴的存在会影响传感器的使用寿命，当转轴老化或磨损后，就会产生摩擦力，影响传感器的测量精度。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种没有转轴，不存在转轴摩擦力的水银动片式角度传感器。
4.本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：本传感器包括底盒1、底托2、片盒3、条状透镜4、刻度5、水银部6、端尖7、荧光浮标8、前镀层9、后镀层10、侧镀层11、重合部12、触针13、红外窗14、主板16、红外发射头17、红外驱动电路18、触板19、反射碗20、led(21)、电容测量电路22、底板24、极板线26和触板线27。
5.荧光浮标8、端尖7、条状透镜4、刻度5、led(21)和反射碗20构成角度直读装置，水银部6、前镀层9和后镀层10构成角度传感装置。
6.片盒3内腔的底部设有镀银的触板19，触板19的中心以及其两侧均设有镀金的触针13，片盒3内灌有一半体积的水银，即水银在片盒3内形成半圆形的水银部6，依靠水银的流动性其顶面保持为水平状态，水银的重力使水银部6底部与触针13和触板19充分接触，水银部6顶面浮有作为指针的橙色荧光浮标8，荧光浮标8的横截面为椭圆形，荧光浮标8的两端为圆头端尖7。
7.主视图上片盒3外部面向观察者的右半面镀有前镀层9，背向观察者的右半面镀有后镀层10，前镀层9和后镀层10均为半圆形，其直边为垂直线，片盒3右侧的外壁镀有侧镀层11，侧镀层11为弧面形，前镀层9和后镀层10通过侧镀层11互相连接；片盒3外部面向观察者的左半面设有条状透镜4，条状透镜4的主截面为条状弧形，横截面为半圆形，条状透镜4的靠近片盒3的一面刻有凹槽型刻度5，条状透镜4的底端内嵌有led(21)以及反射碗20，条状透镜4通过强力胶粘贴在片盒3的表面，条状透镜4起放大作用，刻度5和端尖7均被放大，使观察者容易看清端尖7和刻度5，根据光线折射原理，led(21)和反射碗20能使条状透镜4上的刻度5发亮，即夜间能够看清刻度5。
8.底盒1内设有主板16，主板16上设有电容测量电路22、红外驱动电路18和红外发射头17，底盒1的面向观察者的一面设有红外窗14。
9.前镀层9、后镀层10和侧镀层11构成定片，水银部6为动片，定片和动片构成可变电
容器，定片通过极板线26与电容测量电路22的公共端连接，动片通过触针13、触板19和触板线27与电容测量电路22的输入端连接，电容测量电路22的输出端与红外驱动电路18的输入端连接，红外驱动电路18的输出端与红外发射头17连接。
10.底板24处水平状态即被测角度等于0
°
时，前镀层9或后镀层10的直边与水银部6顶边之间的夹角30为直角，前镀层9或后镀层10与水银部6之间的重合部12的面积等于四分之一圆，重合部12为直角扇形，此时的电容值设定为初始值，荧光浮标8一端的端尖7指向刻度5上的0
°
。
11.底板24顺时针倾斜即被测角度大于0
°
时，夹角30大于90
°
，重合部12的面积大于四分之一圆，重合部12为钝角扇形，此时的电容值大于初始值，倾角越大，重合部12的面积越大，电容值越大，端尖7在刻度5上的指示值越大。
12.底板24逆时针倾斜即被测角度小于0
°
时，夹角30小于90
°
，重合部12的面积小于四分之一圆，重合部12为锐角扇形，此时的电容值小于初始值，倾角负得越多，重合部12的面积越小，电容值越小，端尖7在刻度5上的指示值负得越大，通过端尖7和刻度5可以直接读取被测角度值，可变电容器电容值的大小与被测角度的大小成正比关系，通过测量电容器的值可获得被测角度值，实现角度传感。
13.本传感器需另行配置红外接收器及其数码显示器才能构成测量系统，红外驱动电路18为数字式，内部包括编码电路；红外接收器至少包括光电转换器、前置放大电路、整形电路、译码电路和数显驱动电路。红外接收器接收从红外发射头17发出的红外脉冲信号，经光电转换、前置放大、整形和译码后，通过数显驱动电路产生数码显示器所需的位码和段码，被测角度值在数码显示器上动态显示出来。
14.由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：可变电容器的动片没有转轴，消除了有转轴情况下的摩擦力，通过端尖和刻度可以直接读取角度值，传感器采用红外无线传输，传感器至终端或显示器之间无需线缆，适用于角度的移动测量和高处测量。由于水银的单位体积密度或比重较大，依据水银的惯性形成阻尼，使本传感器能够在一定范围内的小振动或小晃动条件下实现物体的倾角测量。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明有如下5幅附图：图1是本传感器的正视图，图2是本传感器正视图的局部剖视图，图3是本传感器的工作示意图之一，图4是本传感器的工作示意图之二，图5是本传感器的俯视图。
16.附图中所标各数字分别表示如下：1.底盒，2.底托，3.片盒，4.条状透镜，5.刻度，6.水银部，7.端尖，8.荧光浮标，9.前镀层，10.后镀层，11.侧镀层，12.重合部，13.触针，14.红外窗，15.螺孔，16.主板，17.红外发射头，18.红外驱动电路，19.触板，20.反射碗，21.led，22.电容测量电路，23.电池，24.底板，25.充电口，26.极板线，27.触板线，28.螺丝，29.开关，30.夹角。
具体实施方式
17.1.根据图1至图5，本传感器包括底盒1、底托2、片盒3、条状透镜4、刻度5、水银部6、端尖7、荧光浮标8、前镀层9、后镀层10、侧镀层11、重合部12、触针13、红外窗14、螺孔15、主板16、红外发射头17、红外驱动电路18、触板19、反射碗20、led(21)、电容测量电路22、电池23、底板24、充电口25、极板线26、触板线27、螺丝28和开关29。
18.2.荧光浮标8、端尖7、条状透镜4、刻度5、led(21)和反射碗20构成角度直读装置，水银部6、前镀层9和后镀层10构成角度传感装置。
19.3.底盒1上方设有片盒3，片盒3底部通过底托2与底盒1顶面连接，片盒3外形为扁圆柱体，片盒3、底托2和底盒1的主截面构成ω形，片盒3内腔的底部设有镀银的触板19，触板19的中心以及其两侧均设有镀金的触针13，片盒3内灌有一半体积的水银，即水银在片盒3内形成半圆形的水银部6，依靠水银的流动性其顶面保持为水平状态，水银的重力使水银部6底部与触针13和触板19充分接触，水银部6顶面浮有作为指针的橙色荧光浮标8，荧光浮标8的横截面为椭圆形，荧光浮标8的两端为圆头端尖7。
20.4.主视图上，片盒3外部面向观察者的右半面镀有前镀层9，背向观察者的右半面镀有后镀层10，前镀层9和后镀层10均为半圆形，其直边为垂直线，片盒3一侧的外壁镀有侧镀层11，侧镀层11为弧面形，前镀层9和后镀层10通过侧镀层11互相连接；片盒3外部面向观察者的左半面设有条状透镜4，条状透镜4的主截面为条状弧形，横截面为半圆形，条状透镜4的靠近片盒3的一面刻有凹槽型刻度5，条状透镜4的底端内嵌有led(21)以及反射碗20，条状透镜4通过强力胶粘贴在片盒3的表面，条状透镜4起放大作用，刻度5和端尖7均被放大，使观察者容易看清端尖7和刻度5，根据光线折射原理，led(21)和反射碗20能使条状透镜4上的刻度5发亮，即夜间能够看清刻度5。
21.5.底盒1内设有主板16和电池23，主板16通过螺丝28与底板24连接，主板16上设有电容测量电路22、红外驱动电路18和红外发射头17，底盒1的面向观察者的一面设有红外窗14、充电口25和开关29，底盒1两边均设有用于安装本传感器的螺孔15。
22.6.前镀层9、后镀层10和侧镀层11构成定片，其相对于片盒3不动；水银部6为动片，其在片盒3内可以摆动；定片和动片构成可变电容器，定片通过极板线26与电容测量电路22的公共端连接，动片通过触针13、触板19和触板线27与电容测量电路22的输入端连接，电容测量电路22的输出端与红外驱动电路18的输入端连接，红外驱动电路18的输出端与红外发射头17连接。
23.7.根据图2，底板24处水平状态即被测角度等于0
°
时，前镀层9或后镀层10的直边与水银部6顶边之间的夹角30为直角，前镀层9或后镀层10与水银部6之间的重合部12的面积等于四分之一圆，重合部12为直角扇形，此时的电容值设定为初始值，荧光浮标8一端的端尖7指向刻度5上的0
°
。
24.8.根据图3，底板24顺时针倾斜即被测角度大于0
°
时，夹角30大于90
°
，重合部12的面积大于四分之一圆，重合部12为钝角扇形，此时的电容值大于初始值，倾角越大，重合部12的面积越大，电容值越大，端尖7在刻度5上的指示值越大。
25.9.根据图4，底板24逆时针倾斜即被测角度小于0
°
时，夹角30小于90
°
，重合部12的面积小于四分之一圆，重合部12为锐角扇形，此时的电容值小于初始值，倾角负得越多，重合部12的面积越小，电容值越小，端尖7在刻度5上的指示值负得越大，通过端尖7和刻度5可
以直接读取角度值，可变电容器电容值的大小与被测角度的大小成正比关系，通过测量电容器的值可获得被测角度值，实现角度传感。
26.10.本传感器需另行配置红外接收器及其数码显示器才能构成测量系统，红外驱动电路18为数字式，内部包括编码电路；红外接收器至少包括光电转换器、前置放大电路、整形电路、译码电路和数显驱动电路。红外接收器接收从红外发射头17发出的红外脉冲信号，经光电转换、前置放大、整形和译码后，通过数显驱动电路产生数码显示器所需的位码和段码，被测角度值在数码显示器上动态显示出来。
27.11.片盒3的材质为石英玻璃，外径为30
‑
36毫米，玻璃厚度为0.5
‑
0.6毫米，片盒3两内壁的间距即水银部6的厚度为0.6
‑
0.7毫米，前镀层9、后镀层10和侧镀层11的底层为黄铜，黄铜外表镀铬或镍，条状透镜4的材质为有机玻璃，刻度5的刻纹深度为0.2
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0.3毫米，荧光浮标8的材质为塑料，外面镀荧光粉，其长度略小于片盒3的内径，宽度即横截面椭圆形的长轴长为0.44
‑
0.54毫米。
28.12.电池23为充电电池，为主板16提供电源，且通过开关29控制通断，电池23的电量不足或用完时，可用另置的电源适配器插入充电口25，对电池进行充电。