專(zhuān)利名稱(chēng)：光電加速度計(jì)和光電水平儀及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加速度計(jì)和水平儀及其制造方法。
現(xiàn)有世界上的加速度計(jì)因?qū)儆诟呖萍嫉漠a(chǎn)品價(jià)格昂貴，所以很少人用來(lái)代替民用的水平儀。
現(xiàn)今的加速度計(jì)內(nèi)都有一個(gè)重力傳感體。固定在轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁扭動(dòng)器的動(dòng)臂上，還有一個(gè)電感性位置檢測(cè)器。當(dāng)加速度計(jì)受到加速作用時(shí)，因重力傳感體要保持原有的狀態(tài)。所以重力傳感體相對(duì)于電磁扭動(dòng)器的定子產(chǎn)生了位移，此位移量會(huì)使電感位置檢測(cè)器的電感產(chǎn)生變化，再將電感變化量轉(zhuǎn)變成直流信號(hào)控制電磁扭動(dòng)器的動(dòng)臂，令該重力傳感體扭回，使之相對(duì)于電磁扭動(dòng)器的定子不產(chǎn)生位移。這種扭回的電磁力與所受到的加速度成正比，其關(guān)系式為F＝m.a，式中m為重力傳感器的質(zhì)量，a為加速度，F(xiàn)為電磁力。因?yàn)殡姶排?dòng)器的動(dòng)臂和定子之間存在機(jī)械摩擦，所以影響加速度計(jì)的最高靈敏度。更重要的是電感式位置檢測(cè)器，需要把交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變成直流信號(hào)，第一線(xiàn)路復(fù)雜，第二電感量敏感于溫度的變化引起讀數(shù)誤差，第三在交流變直流的過(guò)程中需要積分電容器，該電容器造成電磁扭動(dòng)器的延時(shí)，而造成誤差，甚至引起電磁扭動(dòng)器的振蕩扭動(dòng)，嚴(yán)重地影響整機(jī)的特性。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供光電加速度計(jì)和光電水平儀。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種采用光電位移傳感器，用彈性金屬片與線(xiàn)圈和擋光板固定連接，用光電信號(hào)來(lái)控制擋光板使其產(chǎn)生與加速度或傾斜角成正比的電壓，來(lái)表示加速或傾斜角的大小。
本發(fā)明是采用光電位位移檢測(cè)器，代替電感式位移檢測(cè)器，采用彈性片固定重力傳感器的線(xiàn)圈包，來(lái)代替表頭式電磁扭動(dòng)器。因此，避免了機(jī)械摩擦，消除了誤差，提高了靈敏度。降低了成本，以至于能把其作為電子水平儀，代替常用的水珠型水平儀，本發(fā)明的光電水平儀具有精度高，能顯示傾斜角度的優(yōu)點(diǎn)。
以下參照附圖(1)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理。
線(xiàn)圈包(3)(3′)為正向串聯(lián)的兩個(gè)線(xiàn)圈，之所以分成兩個(gè)是為了固定方便其原理完全可作為一個(gè)線(xiàn)圈來(lái)理解，當(dāng)線(xiàn)圈通電后一端產(chǎn)生N磁極，另一端產(chǎn)生S磁極，其串聯(lián)后的兩個(gè)輸出端分別焊接在彈性金屬薄片(1)(1′)上，以薄片(1)(1′)為導(dǎo)線(xiàn)與電路板(6)相通。擋光板(4)與線(xiàn)圈(3)(3′)固定聯(lián)接。線(xiàn)圈包在未通電時(shí)，在硬磁鐵(7)和(7′)中沿著箭頭P′和P的方向有一定的間隙。即可以自由運(yùn)動(dòng)。硬磁鐵(7)和(7′)為一種不導(dǎo)電的硬磁材料制成。其磁性的極性為反向串聯(lián)，即與線(xiàn)圈包(3)(3′)所接近的兩端都為N極或都為S極。光發(fā)射器(10)(10′)和光接收器(9)(9′)安裝的位置應(yīng)符合以下條件(a)當(dāng)本發(fā)明的裝置以水平放置時(shí)，光發(fā)射器(10)(10′)通過(guò)擋光板的光量能令光接收器(9)(9′)所呈現(xiàn)的內(nèi)阻相等(b)當(dāng)本發(fā)明的裝置所放置的角度與水平面有一微小的夾角時(shí)，擋光板和線(xiàn)圈包的位移量必須令光接收器(9)的內(nèi)阻增加或減少，同時(shí)也令光接收器(9′)的內(nèi)阻減少或增加。這樣，輸入到電路板(6)的電壓信號(hào)就產(chǎn)生變化(參看電路板的簡(jiǎn)圖)，經(jīng)過(guò)放大后，令輸送到線(xiàn)圈(3)和(3′)的電流所產(chǎn)生的電磁力能克服擋光板的位移量，使其保持在水平放置時(shí)的位置，這一產(chǎn)生電磁力的電流就與本發(fā)明裝置的傾斜角度成如下的關(guān)系式，I.N＝m.Sinβ.g，式中I為通過(guò)線(xiàn)圈包(3)(3′)的電流，N為線(xiàn)圈包(3)(3′)的總匝數(shù)，m為線(xiàn)圈包(3)(3′)，金屬薄片(1)(1′)和擋光板(4)三者質(zhì)量的總和，g為重力加速度，β為傾斜角。因?yàn)镹.m.和g三者為固定量，所以?xún)A斜角β與通過(guò)線(xiàn)圈的電流成正比。根據(jù)牛頓定律F＝m.a的關(guān)系式，沿P′或P方向的加速度a的大小和電流大小成如下的關(guān)系I.N＝m.a，式中a為水平方向的加速度，I、N和m的定義與上式相同，因?yàn)閙和N為定值，所以通過(guò)線(xiàn)圈包的電流I的值與水平方向加速度a的值成正比。電流I的值通過(guò)電路板(6)中的電阻R2變換成電壓，如果直接輸出到Vout1端，可以讀到水平方向的加速度的值。因傾斜角的值，實(shí)質(zhì)上是物體的重力加速度g在該傾斜角時(shí)的分力F＝m.g.sinβ，所以與傾斜角為β時(shí)的電壓值必然符合如下關(guān)系。
β＝Sin-1(在傾斜角為β時(shí)的電壓值)/(在傾斜角為90°的電壓值) ，如果把傾斜角為90°時(shí)的輸出電壓值設(shè)定為60mv，則傾斜0至30°時(shí)的輸出電壓值約等于0-30mv，如果要求傾斜角度與輸出值完全對(duì)應(yīng)，可依照以上等式進(jìn)行補(bǔ)償，然后從Vout2端輸出，因該補(bǔ)償電路不是本發(fā)明的內(nèi)容，所以不在這里詳述。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，把

圖1中兩個(gè)串聯(lián)的線(xiàn)圈包(3)(3′)，用一塊硬磁鐵來(lái)代替，而把圖1中的硬磁鐵(7)和(7′)用兩組極性相同的線(xiàn)圈來(lái)代替。也就是說(shuō)，把動(dòng)的部件變成靜的。把靜的部件變成動(dòng)的。更具體的說(shuō)，把線(xiàn)圈包(3)(3′)的位置和硬磁鐵的位置互換，其效果一樣，電控制原理圖也完全一樣。
從電路板(6)的簡(jiǎn)圖中可以看出光發(fā)射器(10)(10′)和光接收器(9)(9′)若采用同型號(hào)、同性能的元件，本發(fā)明裝置的精度則不受溫度和氣壓的影響，因?yàn)楸景l(fā)明裝置沒(méi)有任何機(jī)械摩擦，所以所測(cè)定的最高靈敏度很高。因此，適應(yīng)作為高要求的慣性導(dǎo)航設(shè)備，因其體積小，性能穩(wěn)定，更適用于攝影設(shè)備的防手震裝置的傳感，以及地震的傳感。
本發(fā)明中的硬磁鐵(7′)(7)也可以用電磁鐵來(lái)代替。
本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低和精度高的特點(diǎn)。適用于衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)、船艦、汽車(chē)和一切需要制導(dǎo)，平衡控制的設(shè)備，也可作為電子的水平儀，來(lái)代替通用的水珠水平尺，具有精度高的優(yōu)點(diǎn)。
用本發(fā)明的方法制造的加速計(jì)或水平儀可以封裝在一粒體積很小的集成塊內(nèi)，以供機(jī)械人等精密儀器的使用，還可以用光電池作電源，用液晶體顯示水平度，做成可隨身攜帶的電子水平尺。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，是可以對(duì)本發(fā)明作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)或變化的，只要這些改進(jìn)或變化不脫離本發(fā)明的精神或范圍。所附之權(quán)利要求則給出了本發(fā)明所謀求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光電加速度計(jì)的制造方法，其特征在于a.用傳感器檢測(cè)重力傳感體的位移，b.把測(cè)到位移的電信號(hào)，經(jīng)放大后，令線(xiàn)圈產(chǎn)生抗位移的電磁力，c.把產(chǎn)生電磁力的電流轉(zhuǎn)換成電壓以顯示加速度的值。
2.一種光電水平儀的制造方法，其特征在于a.用傳感器檢測(cè)重力傳感體的位移，b.把測(cè)到位移的電信號(hào)，經(jīng)放大后令線(xiàn)圈產(chǎn)生抗位移的電磁力，c.把產(chǎn)生電磁力的電流轉(zhuǎn)換成電壓以顯示水平度。
3.按權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，將彈性片的一端與外殼固定連接，另一端與重力傳感體連接，以形成無(wú)機(jī)械摩擦的結(jié)構(gòu)。
4.按權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，把產(chǎn)生抗位移電磁力的電流轉(zhuǎn)換成電壓來(lái)顯示讀數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明采用光電位移傳感器，用彈性金屬片與線(xiàn)圈和擋光板固定連接，用光電信號(hào)來(lái)控制擋光板使其產(chǎn)生與加速度或傾斜角成正比的電壓，來(lái)表示加速度或傾斜角的大小。本發(fā)明具有精度高不受溫度及氣壓的影響，造價(jià)低和體積小，安全系數(shù)高的特點(diǎn)，適用于衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、船舶、車(chē)輛和一切需要制導(dǎo)及平衡控制的設(shè)備中，也可用來(lái)制作檢測(cè)精度高的電子水平儀。依照本發(fā)明的方法制成的加速度計(jì)或水平儀可以封裝在體積很小的集成塊內(nèi)，以供機(jī)械人等精密儀器的使用，或作為隨身攜帶的電子水平尺。
文檔編號(hào)G01P15/11GK1056002SQ9010258
公開(kāi)日1991年11月6日 申請(qǐng)日期1990年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月24日
發(fā)明者林章建 申請(qǐng)人:建興科技中心