专利名称：连通管式构件倾斜传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量构件倾斜角度或高差的传感器，具体的说是一种连通管式构件倾斜传感器。
背景技术：
目前，现有的机械式、光电式等倾斜传感器，只能测试被测构件某一测点的倾斜角度，对于被测构件整体在测试面倾斜角度或边缘高差的量测均不适用。

发明内容
本发明针对现有倾斜传感器的不足，提出一种连通管式倾斜传感器，把U型连通管的两个管口分别安置于被测构件的边缘，在管口上安装有测压管，由水压力传感器量测出测压管内的液面差，传感得被测构件在测试面的倾斜角度或高差，并且与计算机联机处理数据，满足自动控制的需要。本发明解决技术问题采用如下技术方案
一种连通管式构件倾斜传感器，其特征在于被测构件的测试面内预埋或安置1根U型连通管，该管两端的管口位于相距一定距离的被测构件边缘，两个管口均朝上且与被测构件顶面平齐。连通管的一个管口由下而上依次安置有排水阀、水压力传感器、测压管、通气连接器和防蒸发罩，另一个管口由下而上依次安置有水温传感器、水压力传感器、测压管、 通气连接器和防蒸发罩。两个测压管上均有读数刻痕，并且测压管内水面上漂浮有液面波动阻尼器。连通管式构件倾斜传感器，其特征是所述的水压力传感器机壳为通透圆筒形状， 机壳外侧的中间有扳手台肩，在扳手台肩一侧的机壳上有外螺纹。机壳有外螺纹一侧的端部有防护网罩，机壳内从防护网罩起依次有波形弹簧膜、调制板、电路板、底板、电缆固定头，波形弹簧膜与调制板垂直于水压力传感器中心线设置，并其之间为与大气连通的空腔。波形弹簧膜的中心有永久磁钢块，调制板中心有霍尔元件，永久磁钢块与霍尔元件间隔 5mm。波形弹簧膜边缘有止水，调制板上有通气孔。连通管式构件倾斜传感器，其特征在于所述的液面波动阻尼器为圆球形状，圆面中间有1道水平的圆周红色刻痕，球的底端内有平衡重块。连通管式构件倾斜传感器，其特征在于所述通气连接器的上段为圆柱块形状，其下段为圆管形状，该圆柱块与圆管同中心线，且圆柱块的外径比圆管的外径大。圆柱块顶面中心有球塞凹坑，该凹坑中心有通透的圆孔。圆柱块顶面沿周边有等距的8个通透的圆孔， 圆柱块外侧面上有固定防蒸发罩的螺纹。连通管式构件倾斜传感器，其特征在于所述防蒸发罩的机壳为圆盖形状，机壳的顶面中心有通透的圆孔，下段的内侧有螺纹。机壳顶面的圆孔内嵌有半圆形的透明罩，机壳内从透明罩起由上而下依次有红绿双色发光二极管、隔板、电磁铁、固定板、连杆和球塞，连杆的两侧分别有自锁循环滑轨和微动开关，锁循环滑轨与微动开关均固定于固定板上。连杆为直杆，上端与电磁铁的衔铁连接，下端与球塞连接。连杆的中部由销轴与曲柄端部连接，曲柄的另一端与自锁循环滑轨上的滑块连接。电磁铁衔铁的吸合传动连杆，由曲柄带动滑块在自锁循环滑轨上滑行，使球塞按滑轨轨迹上下运行，形成对通气连接器的中心通气孔的启闭。连杆上下运行带动球塞的同时，带动微动开关的开关，使球塞位于上位时红绿双色发光二极管亮绿色，球塞位于下位时红绿双色发光二极管亮红色。机壳的侧面安置有插座。本发明中连通管式构件倾斜传感器基于以下工作原理
构件倾斜传感的工作原理在被测构件测试面内预埋或安置的连通管，该管两端的管口位于被测构件相距一定距离的边缘。在两个朝上的管口上各自安置有水压力传感器和测压管。在连通管内注水至测压管的读数高度，把防蒸发罩设置于测试状态，让连通管两管口的液面均承受大气压。当被测构件倾斜时，则测压管内的水面发生高低的变化。设连通管两个出水口的水平距离为L，测压管液面高差为h，换算出的被测构件在测试面方向上的倾斜角度为 α =arctg(h/L)。如 L=10m，h=lmm，则 α =arctg (h/L) =arctg (1/10000) =0. 01 °。构件倾斜方向的判别当测压管液面高差为+h时，构件向左倾斜；当测压管液面高差为_h时， 构件向右倾斜。由于安装在测压管下面有水压力传感器，测压管内水位的变化，使水压力传感器承受压力也变化，便能让水压力传感器传感输出被测构件发生倾斜的模拟电信号。水压力传感器的工作原理在水压力传感器的机身前端设置波形弹性膜，膜的中心粘贴有磁钢，与该磁钢面保持一定距离且平行的调制板上设置霍尔元件。把水压力传感器安装于测压管的下方，该传感器的弹性膜随测压管内水深的变化而变形，改变着磁钢块与霍尔元件之间的距离，则利用霍尔元件接受强或弱磁钢磁场时输出电压会改变的特性， 来达到水压力传感的目的。另外，让波形弹性膜的工作在线弹性范围内，以及选用线性性能的霍尔元件，便能达到理想的量测分辨率和精度。本发明有益效果体现在
本发明构造简单、体积小、量程大、精度高、安装方便、造价低，可实时显示数据，适用于水坝、桥梁等建筑构件倾斜角度或高差的测试。


图IA为本发明连通管式构件倾斜传感器的主视图。图IB为本发明连通管式构件倾斜传感器的左视图。图IC为本发明连通管式构件倾斜传感器的俯视图。图2A为本发明中水压力传感器的主视图。图2B为本发明中水压力传感器的侧视图。图2C为本发明中水压力传感器的俯视图。图3A为本发明中液面波动阻尼器的主视图。图;3B为本发明中液面波动阻尼器的左视图。图4A为本发明中通气连接器的主视图。图4B为本发明中通气连接器的俯视图。
图5A为本发明中防蒸发罩的主视图。图5B为本发明中防蒸发罩的左视图。图5C为本发明中防蒸发罩的俯视图。图中标号
1被测构件、2水、3连通管、4测压管、5排水阀、6水温传感器；11水压力传感器、12防护网罩、13波形弹簧膜、14永久磁铁块、15霍尔元件、16调制板、17通气孔、18电路板、19机壳、20底板、21电缆固定头、22电缆；31液面波动阻尼器、32圆周刻痕、33平衡重块；41通气连接器、42圆柱块、43圆管、44球塞凹坑、45中心通气孔；51防蒸发罩、52红绿双色发光二极管、53电磁铁54微动开关、55自锁循环滑轨、56连杆、57球塞、58透明罩、59曲柄、60 固定板、61隔板、62机壳、63插座。
具体实施例方式参见图1A、图IB和图1C，本实施例中所述被测构件1的测试面内预埋或安置1根 U型连通管3，该管两端的管口位于相距一定距离的被测构件1边缘，两个管口均朝上且与被测构件1顶面平齐。连通管3的1个管口由下而上依次安置有排水阀5、水压力传感器 11、测压管4、通气连接器41和防蒸发罩51，另1个管口由下而上依次安置有水温传感器6、 水压力传感器11、测压管4、通气连接器41和防蒸发罩51。两个测压管4上均有读数刻痕， 并且测压管4内水2面上漂浮有液面波动阻尼器31。参见图2A、图2B和图2C，本实施例中所述的水压力传感器11机壳19为通透圆筒形状，机壳19外侧的中间有扳手台肩，在扳手台肩一侧的机壳19上有外螺纹。机壳19有外螺纹一侧的端部有防护网罩12，机壳19内从防护网罩12起依次有波形弹簧膜13、调制板16、电路板18、底板20、电缆固定头21，波形弹簧膜13与调制板16垂直于水压力传感器 11中心线设置，并其之间为与大气连通的空腔。波形弹簧膜13的中心有永久磁钢块14，调制板16中心有霍尔元件15，永久磁钢块14与霍尔元件15间隔5mm。波形弹簧膜13边缘有止水，调制板16上有通气孔17。参见图3A和图;3B，本实施例中所述的液面波动阻尼器31为圆球形状，圆面中间有 1道水平的圆周红色刻痕32，球的底端内有平衡重块33。参见图4A和图4B，本实施例中所述通气连接器41的上段为圆柱块42形状，其下段为圆管43形状，该圆柱块42与圆管43同中心线，且圆柱块42的外径比圆管43的外径大。圆柱块42顶面中心有球塞凹坑44，该凹坑44中心有通透的圆孔45。圆柱块42顶面沿周边有等距的8个通透的圆孔，圆柱块42外侧面上有固定防蒸发罩51的螺纹。参见图5A和图5B，本实施例中所述防蒸发罩51的机壳62为圆盖形状，机壳62 的顶面中心有通透的圆孔，下段的内侧有螺纹。机壳62顶面的圆孔内嵌有半圆形的透明罩 58，机壳62内从透明罩58起由上而下依次有红绿双色发光二极管52、隔板61、电磁铁53、 固定板60、连杆56和球塞57，连杆56的两侧分别有自锁循环滑轨55和微动开关M，锁循环滑轨55与微动开关M均固定于固定板60上。连杆56为直杆，上端与电磁铁53的衔铁连接，下端与球塞57连接。连杆56的中部由销轴与曲柄59端部连接，曲柄59的另一端与自锁循环滑轨55上的滑块连接。电磁铁53衔铁的吸合传动连杆56，由曲柄59带动滑块在自锁循环滑轨55上滑行，使球塞57按滑轨轨迹上下运行，形成对通气连接器41的中心通气孔45的启闭。连杆56上下运行带动球塞57的同时，带动微动开关M的开关，使球塞 57位于上位时红绿双色发光二极管52亮绿色，球塞57位于下位时红绿双色发光二极管52 亮红色。机壳62的侧面安置有插座63。所述测压管4的材质为透明玻璃，水2的材质为融入防腐防生物衍生化学剂的水， 液面波动阻尼器31的材质为轻质塑料；所述波形弹簧膜13的材质为HDPE树脂；所述调制板16的材质为工程塑料；所述球塞57的材质为轻质塑料。采用两个测压管4上均设置水压力传感器11是为了备份，以及适应不同的测试方法。使用连通管式构件倾斜传感器时的安置方法，其特征是按如下过程进行 a.在被测物体内预埋或安置U型连通管，且该管的两个管口均朝上。b.用直通、三通、束节等水工器件把排水阀、水温传感器、水压力传感器、测压管连接，其接缝处均设止水。c.从一侧的测压管上过筛注入掺防腐剂的水，直至测压管内水注满。把两个液面波动阻尼器将重块向下分别放入两个测压管内，打开排水阀排水，让液面波动阻尼器读数刻痕位于测压管的读数范围后，关紧排水阀。d.把两个防蒸发罩分别拧紧于测压管上端的通气连接器，并设置于测试状态，即测压管内液面与大气压联通(非测试时间应关闭防蒸发罩，以防止测压管内水的蒸发而影响测试)。e.把水压力传感器、水温传感器和防蒸发罩的电缆线与构件倾斜处理器联接，即可对被测物体进行倾斜角度或高差的测试。水2的作用是在连通管内形成水平液面；连通管3的作用是让被测构件的测试点构成水的连通；测压管4的作用是显示液面高度，以及放置液面波动阻尼器31 ；排水阀5的作用是排出测压管4内多余的水，使液面波动阻尼器31的读数刻度位于测试范围内；水温传感器6的作用是测试水的温度，来修正水温对测压管内液面的影响；
水压力传感器11的作用是传感测压管内液面的高度；防护网罩12的作用是保护波形弹簧膜13 ；波形弹簧膜13的作用是承受水压力时，形成线性变形，让永久磁铁给予霍尔元件磁力线；永久磁铁块14的作用是给予霍尔元件15磁力线；霍尔元件15的作用是在永久磁铁14作用下，传感测试的电信号；调制板16的作用是调节霍尔元件15与永久磁铁14的工作距离；通气孔17的作用是让波形弹簧膜13的两侧均作用相对大气压；电路板18的作用是焊接霍尔元件15及控制电路；机壳19的作用是保护和固定波形弹簧膜13、调制板16 等元器件；底板20的作用是安装电缆固定头21 ；电缆固定头21的作用是固定电缆22 ；电缆22的作用是输入电源和输出传感信号；液面波动阻尼器31的作用是减小测压管4内液面的波动，以及便于该液面高度的读数；圆周刻痕32的作用是为测压管4内液面高度的读数；平衡重块33的作用是让液面波动阻尼器31的圆周刻痕32保持水平状态；通气连接器 41的作用是让测压管4与防蒸发罩51连接，以及设置通气孔；圆柱块42的作用是设置通气孔、球塞凹坑44、中心通气孔45及设置固定防蒸发罩51的螺纹；圆管43的作用是与测压管4连接固定；球塞凹坑44的作用是便于球塞57启闭中心通气孔45 ；中心通气孔45的作用是为测压管4内液面保持承受大气压；防蒸发罩51的作用是防止测压管4内水分的蒸发，提供工作状态的信号；红绿双色发光二极管52的作用是提供工作状态的信号；电磁铁53的作用是为启闭球塞57提供动力；微动开关M的作用是控制红绿双色二极管52显示信号；自锁循环滑轨55的作用是让电磁铁53衔铁的吸合传动连杆56，由曲柄59带动滑块在自锁循环滑轨55上滑行，使球塞57上下运行，形成对通气连接器41的球塞凹坑44中心通气孔45的启闭；连杆56的作用是将电磁铁53与球塞57连接；球塞57的作用是启闭中心通气孔45 ；透明罩58的作用是保护红绿双色发光二极管52 ；曲柄59的作用是让连杆56 按自锁循环滑轨55的轨迹上下运行；固定板60的作用是将电磁铁53等元器件固定于机壳 62 ；隔板61的作用是反光及挡板；机壳62的作用是保护和安置元器件；插座63的作用是传感器与构件倾斜处理器接线连接。连通管式构件倾斜传感器的性能 1.量程
1)倾斜角度0 90°或-45° 45°；
2)7jC面高差0 IOOmm 或-50mm 50mm。2.分辨率0· 1°。3.精度士 0. 3°。4.工作温度5 60°C。
权利要求
1.一种连通管式构件倾斜传感器，包括有被测构件(1)，其特征在于被测构件(1)的测试面内预埋或安置1根U型的连通管(3)，连通管(3)两端的管口位于被测构件(1)边缘， 两个管口均朝上且与被测构件(1)顶面平齐；连通管(3)的一个管口由下而上依次安置有排水阀(5)、水压力传感器(11)、测压管(4)、通气连接器(41)和防蒸发罩(51)，另一个管口由下而上依次安置有水温传感器(6)、水压力传感器(11)、测压管(4)、通气连接器(41)和防蒸发罩(51);两个测压管(4)上均有读数刻痕，并且测压管(4)内水(2)面上漂浮有液面波动阻尼器(31)。
2.根据权利要求1所述的连通管式构件倾斜传感器，其特征在于所述的水压力传感器(11)的机壳(19)为通透圆筒形状，机壳(19)外侧的中间有扳手台肩，在扳手台肩一侧的机壳(19)上有外螺纹；机壳(19)有外螺纹一侧的端部有防护网罩(12)，机壳(19)内从防护网罩(12)起依次有波形弹簧膜(13)、调制板(16)、电路板(18)、底板(20)和电缆固定头 (21)，波形弹簧膜(13)与调制板(16)垂直于水压力传感器(11)中心线设置，并其之间为与大气连通的空腔；波形弹簧膜(1 的中心有永久磁钢块(14)，调制板(16)中心有霍尔元件(15)，永久磁钢块(14)与霍尔元件(1 间隔5mm ；波形弹簧膜(1 边缘有止水，调制板(16)上有通气孔(17)。
3.根据权利要求1所述连通管式构件倾斜传感器，其特征在于所述的液面波动阻尼器(31)为圆球形状，圆面中间有1道水平的圆周红色刻痕(32)，球的底端内有平衡重块 (33)。
4.根据权利要求1所述连通管式构件倾斜传感器，其特征在于所述通气连接器Gl) 的上段为圆柱块(42)形状，其下段为圆管(43)形状，所述圆柱块(42)与圆管(43)同中心线，且圆柱块(42)的外径比圆管(43)的外径大；圆柱块(42)顶面中心有球塞凹坑(44)，该凹坑(44)中心有通透的圆孔(45);圆柱块(42)顶面沿周边有等距的8个通透的圆孔，圆柱块(42)外侧面上有固定防蒸发罩(51)的螺纹。
5.根据权利要求1所述连通管式构件倾斜传感器，其特征在于所述防蒸发罩(51)的机壳(62)为圆盖形状，机壳(62)的顶面中心有通透的圆孔，下段的内侧有螺纹；机壳(62) 顶面的圆孔内嵌有半圆形的透明罩(58)，机壳(62)内从透明罩(58)起由上而下依次有红绿双色发光二极管(52)、隔板(61)、电磁铁(53)、固定板(60)、连杆(56)和球塞(57)，连杆(56)的两侧分别有自锁循环滑轨(55)和微动开关(54)，锁循环滑轨(55)与微动开关(54) 均固定于固定板(60)上；连杆(56)为直杆，上端与电磁铁(53)的衔铁连接，下端与球塞(57)连接；连杆(56)的中部由销轴与曲柄(59)端部连接，曲柄(59)的另一端与自锁循环滑轨(55)上的滑块连接；电磁铁(53)衔铁的吸合传动连杆(56)，由曲柄(59)带动滑块在自锁循环滑轨(55 )上滑行，使球塞(57 )按滑轨轨迹上下运行，形成对通气连接器(41)的中心通气孔(45)的启闭；连杆(56)上下运行带动球塞(57)的同时，带动微动开关(54)的开关，使球塞(57)位于上位时红绿双色发光二极管(52)亮绿色，球塞(57)位于下位时红绿双色发光二极管(52)亮红色；机壳(62)的侧面安置有插座(63)。
全文摘要
本发明公开了一种连通管式构件倾斜传感器，包括了连通管、水压力传感器、水温传感器、测压管、液面波动阻尼器、防蒸发罩等。该传感器利用埋置或安装于构件内连通管的液面差，由水压力传感器输出构件发生倾斜的传感电信号。其精度高、量程大、分辨率好、造价低、安装简便、可实时显示数据。
文档编号G01C9/18GK102445192SQ20111029345
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者汪哲荪, 詹炳根, 逄焕平 申请人:合肥工业大学