专利名称：一种电容式静力水准仪的位移电容转换机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于静力水准仪技术领域，具体来说，涉及一种电容式静力水准仪的位移电容转换机构。
背景技术：
静力水准仪用于基于连通管原理测量垂直位移的自动化监测系统，是当前地面、 建筑物沉降自动化测量的主要仪器。当前静力水准仪的垂直位移测量主要有差动变压器式位移传感器、步进马达跟踪式测量装置和电容式位移传感器。差动变压器式位移传感器通过浮子上的铁芯在传感器的线圈中上下相对移动而测出沉降，该原理要求铁芯移动过程中相对于线圈同心，以消除测量误差，因此往往采用了导向机构，结构复杂，且浮子移动有微小摩擦力就将影响测量精度。步进马达跟踪式测量装置的机械传动机构在高湿度等恶劣环境下很难确保测量的准确性。电容式位移传感器测量垂直位移精度相对较高，但当前的电容电极结构不够合理，检测电路功耗较高，静力水准仪安装时需要布设线缆进行供电和数据传输，安装复杂，成本较高。
发明内容技术问题本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种电容式静力水准仪的位移电容转换机构，使得位移电容转换机构结构简单，安装方便，成本低廉。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是本实用新型的一种电容式静力水准仪的位移电容转换机构，包括芯线缆、由电容主极和电容次极组成的电容、浮子和壳体，电容主极为紫铜棒，电容次极为紫铜管，电容主极和电容次极的外表面设置有绝缘涂层；浮子的上部为屏蔽管，浮子的中部为起浮体，浮子的下部为导向内筒，壳体为阶梯状的密封筒状体，壳体的顶端设置有顶盖，壳体的底端设置有底板，在底板的上方固定连接导向套，壳体中注有防冻液；所述的电容主极的上端连接芯线缆的一端，电容主极的下端穿过壳体的顶盖和电容次极，并且电容主极和电容次极分别与壳体的顶盖固定连接；电容次极同轴套装在电容主极的外侧，并且电容次极和电容主极之间留有间隙；所述的屏蔽管与电容主极同轴，并且屏蔽管可在电容次极和电容主极之间的间隙中移动；所述的导向内筒嵌在导向套中。有益效果与现有技术相比，采用本实用新型的技术方案，可以简化位移电容转换机构的结构，并且安装方便，成本低廉。本技术方案中的位移电容转换机构的结构包括一个电容、浮子和壳体，壳体中注有防冻液。电容主极与壳体的顶盖固定连接；电容次极同轴套装在电容主极的外侧，并且电容次极和电容主极之间留有间隙；屏蔽管与电容主极同轴，并且屏蔽管可在电容次极和电容主极之间的间隙中移动；导向内筒嵌在导向套中。当浮子随着壳体内防冻液的液位上下浮动时，屏蔽管在电容主极和电容次极之间上下移动，引起电容主极和电容次极之间有效重合长度的变化，从而引起电容主极和电容次极之间电容量的改变，因为静力水准仪工作于基于连通管原理的垂直位移自动化测量系统，因此通过测量电容主极和电容次极之间的电容变化值，即可得到壳体的垂直位移量。通过结构尺寸设计， 电容主极和电容次极之间的电容在0 SpF之间变动。因此，可使用低功耗的电容测量芯片进行电容量的测量；通过外接电池和低功耗的无线通信模块，可实现免线缆的电容式静力水准仪。

图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型中的浮子的结构示意图图中有芯线缆1、电容主极2、电容次极3、浮子4、导向套5、壳体6、屏蔽管7、起浮体8、导向内筒9。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细的说明。如图1和图2所示，本实用新型的一种电容式静力水准仪的位移电容转换机构，包括芯线缆1、由电容主极2和电容次极3组成的电容、浮子4和壳体6。电容主极2为紫铜棒。电极负极3为紫铜管。电容主极2和电容次极3的外表面设置有绝缘涂层。设置绝缘涂层，可以避免电容主极2和电容次极3之间发生短路。浮子4为一整体件，浮子4的上部为屏蔽管7，浮子4的中部为起浮体8，浮子4的下部为导向内筒9。浮子4的起浮体8由薄不锈钢板冲压成形，屏蔽管7和导向内筒9由不锈钢管件加工而成后焊接在起浮体上。壳体6为阶梯状的密封筒状体，壳体6的顶端设置有顶盖，壳体6的底端设置有底板，在底板的上方固定连接导向套5。导向套5优选由不锈钢材料制成。壳体6中注有防冻液。壳体 6优选不锈钢材料制作。电容主极2的上端连接芯线缆1的一端。电容主极2的下端穿过壳体6的顶盖和电容次极3，并且电容主极2和电容次极3分别与壳体6的顶盖固定连接。 电容次极3同轴套装在电容主极2的外侧，并且电容次极3和电容主极2之间留有间隙。电容次极3和电容主极2之间的间隙在0. 8毫米至1. 2毫米之间，例如可以是0. 8毫米、1毫米、1. 2毫米。屏蔽管7与电容主极2同轴，并且屏蔽管7可在电容次极3和电容主极2之间的间隙中移动。导向内筒9嵌在导向套5中，为浮子4提供限位。使用该结构的位移电容转换机构的电容式静力水准仪，采用电容法测量垂直位移。根据物理学知识，C=2 π ε r ε 0 L/ In (RA/ Rb )式中C为电容主极2和电容次极3之间的电容，&为电容主极2的外径，Rb为电容次极3的外径，、为真空介电常数，ε C1为介质相对介电常数，L为电容主极2和电容次极3轴向有效重合部分的长度。由上述公式可见右边表达式中除L外均为已知量，即电容主极2和电容次极3之间的电容与电容主极2和电容次极3之间的有效重合长度L成正比。当浮子4随着壳体6 内防冻液的液位上下浮动时，导向套5和导向内筒9将浮子4的垂直方向移动限位在壳体 6的中心线上，屏蔽管7在电容主极2和电容次极3之间上下移动，引起电容主极2和电容次极3之间有效重合长度L的变化，从而引起电容主极2和电容次极3之间电容量的改变， 因为静力水准仪工作于基于连通管原理的垂直位移自动化测量系统，因此通过测量电容主极2和电容次极3之间的电容变化值，即可得到壳体6的垂直位移量。通过结构尺寸设计， 电容主极2和电容次极3之间的电容在0 SpF之间变动。因此，可使用低功耗的电容测量芯片进行电容量的测量，例如采用集成电容测量芯片AD7746，集成电容测量芯片AD7746 安装在壳体6的上部，电容主极2和电容次极3通过芯线缆1与集成电容测量芯片AD7746 连接。通过外接电池和低功耗的无线通信模块，可实现免线缆的电容式静力水准仪，例如采用无线通信模块ZICMM10为电容式静力水准仪的无线通信提供一个高性能、低功耗、低成本的射频收发方案。 进一步，为了电容主极2和电容次极3之间的电容在0 SpF之间变动，所述的电容主极2的直径为4毫米，长度在100毫米至250毫米之间；所述的电容次极3的壁厚为 0. 5毫米，外径为42毫米，长度在50毫米至150毫米之间。这样的结构尺寸，可以保证电容主极2和电容次极3之间的电容在小幅度范围内变动，为实现低功耗和无线缆的测量电
容量奠定基础。
权利要求1.一种电容式静力水准仪的位移电容转换机构，其特征在于，包括芯线缆(1)、由电容主极(2)和电容次极(3)组成的电容、浮子(4)和壳体(6)，电容主极(2)为紫铜棒，电容次极(3)为紫铜管，电容主极(2)和电容次极(3)的外表面设置有绝缘涂层；浮子(4)的上部为屏蔽管(7)，浮子(4)的中部为起浮体(8)，浮子(4)的下部为导向内筒(9)，壳体(6)为阶梯状的密封筒状体，壳体(6)的顶端设置有顶盖，壳体(6)的底端设置有底板，在底板的上方固定连接导向套(5)，壳体(6)中注有防冻液；所述的电容主极(2)的上端连接芯线缆(1)的一端，电容主极(2)的下端穿过壳体(6) 的顶盖和电容次极(3)，并且电容主极(2)和电容次极(3)分别与壳体(6)的顶盖固定连接； 电容次极(3)同轴套装在电容主极(2)的外侧，并且电容次极(3)和电容主极(2)之间留有间隙；所述的屏蔽管(7)与电容主极(2)同轴，并且屏蔽管(7)可在电容次极(3)和电容主极(2)之间的间隙中移动；所述的导向内筒(9)嵌在导向套(5)中。
2.按照权利要求1所述的电容式静力水准仪的位移电容转换机构，其特征在于，所述的电容主极(2)的直径为4毫米，长度在100毫米至250毫米之间；所述的电容次极(3)的壁厚为0. 5毫米，外径为42毫米，长度在50毫米至150毫米之间。
专利摘要本实用新型的一种电容式静力水准仪的位移电容转换机构，包括芯线缆、由电容主极和电容次极组成的电容、浮子和壳体，电容主极为紫铜棒，电容次极为紫铜管，浮子的上部为屏蔽管，浮子的中部为起浮体，浮子的下部为导向内筒，壳体为阶梯状的密封筒状体，壳体的顶端设置有顶盖，壳体的底端设置有底板，在底板的上方固定连接导向套，壳体中注有防冻液；电容主极的上端连接芯线缆的一端，电容主极的下端穿过壳体的顶盖和电容次极；电容次极同轴套装在电容主极的外侧，并且电容次极和电容主极之间留有间隙；屏蔽管与电容主极同轴，并且屏蔽管可在电容次极和电容主极之间的间隙中移动。该结构的位移电容转换机构，结构简单，安装方便，成本低廉。
文档编号G01C9/04GK202033029SQ201120050880
公开日2011年11月9日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者周春华, 戎晓力, 李昂, 杨宝怀, 王明洋, 蔡立艮 申请人:中国人民解放军理工大学, 南京坤拓土木工程科技有限公司