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专利名称：一种数字倾角仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大地测量技术领域，特别是地倾角测量技术。
倾角传感器大多基于“摆”的工作原理，即利用重力场内“摆”力图保持在铅垂方向的特性来设计各种倾角仪，电位器式、应变式、电容式、电感式倾角传感器都是利用固体摆锤将倾角变换成相应的电阻、应变、电容或电感量的变化，通过模拟信号处理电路，输出电压信号或频率信号，相对于数字传感器，有温漂、零漂和非线性等问题。
普通摆式倾角仪，仅实用于静态测量，正确读数必须等摆稳定，需要很长时间。对变化的倾角进行连续测量，必须给摆提供阻尼，尽快消除自由摆动，常见的方法是采用硅油阻尼和空气阻尼，前者阻尼系数随温度的升高而降低较大，后者使倾角仪的结构变得很复杂，加工精度要求较高。中国专利CN 2031913U提出一种测量铁路轨距、水平(左右轨高差)的手推车式测量装置，其单摆式倾角仪使用了空气阻尼，其缺点是活塞可能因前后晃动或颤动而与壳体接触影响正确测量，这一系统的结构也比较复杂。
本实用新型的目的是提供一种数字倾角仪，它能有效地解决传感器温漂、零漂和非线性的问题，为单摆提供有效的阻尼，实现快速准确的读数。
本实用新型的目的可用以下的技术方案实现数字倾角仪由外壳、底座、门形支架、旋转编码器、单摆、U形铁和永磁磁钢、带数码显示器和信号输出插座的电子板组成。门形支架固定在底座上，永磁磁钢布置在U形铁的内侧面，形成带空气隙的磁路，编码器通过接插件与电子板连接，其特征在于编码器固定在门形支架横梁上，U形铁固定在底座上，单摆零件全部用非导磁金属制成，摆杆上端固定在编码器的轴伸上，摆杆下端连接板状摆锤，板状摆锤始终有一部分在磁路空气隙中间。当底座倾斜时，单摆受重力作用产生摆动，带动编码器轴转动产生摆角数字信号，送到电子板或计算机进行处理得出摆角数值。与此同时，摆锤因切割磁力线，在其内部产生涡电流，形成摆动阻尼，由于涡流与摆动速度成正比，并不影响摆的最终位置，只是很快消除残余摆动。产生磁电涡流阻尼的结构有两个相对简单的方案，方案之一是磁路空气隙水平布置，摆锤是瓦状板，它与摆杆呈90度固定，其上下圆弧表面的圆心在摆动轴线上。方案之二是磁路空气隙竖向布置，摆锤是平板，它与摆动轴线垂直。两个方案相比，方案二结构简单，方案一结构稍复杂，但还可以在摆轴方向(手推车前进方向)产生防止单摆颤动的阻尼，对摆动轴承的工作有利，所以本实用新型优选方案一。本实用新型的编码器应具有较小的起动转矩、转动阻力和较高的角度分辨率，对于阻尼特性要求较高的场合，需要根据倾角变化的特征，对摆的长度和质量、气隙磁通量、摆锤的材质和厚度进行综合优化。此外上述产生涡流的磁路也可用绕在U形铁上的通电线圈来形成，而不用永磁磁钢，此时阻尼大小的调节，就可通过电流调节实现，更加方便灵活。产生磁电涡流阻尼还可以用其它的结构方案，只要保证板状摆锤始终有一部分位于磁路空气隙中间，切割磁力线，而不与其它部件摩擦即可。
本实用新型与现有技术相比，优点在于测量范围宽、精度高、线性好、阻尼好读数稳定快、抗扰能力强，无零漂、温漂和非线性问题。特别适合于精确连续测量倾角的场合，如安装在铁路钢轨左右高差的检测推车装置上。也可以用于机场路面、公路路面倾角的连续在线测量。
本实用新型的
如下图1是本实用新型的内部结构正面视图。
图2是本实用新型的结构(A-A)剖面图。
以下是本实用新型的最佳实施例。
数字倾角仪由底座1、门形支架2、光电旋转编码器3、由非导磁金属材料做成的摆杆4和板状摆锤5、U形铁6、永磁磁钢7以及外壳8组成。在底座1上固定一个门形支架2，编码器3固定在门形支架2的横梁上，在编码器3的正下方将U形铁6固定在底座1上，在U形铁6端部的内侧固定一个或两个永磁磁钢7，形成带空气隙的磁路。摆杆4的上端固定在编码器3的轴伸上，其下端固定连接瓦状板摆锤5，摆锤5上下圆弧表面的圆心在摆动轴线上，不与其它部件摩擦，而且摆锤5始终有一部分位于磁路空气隙中间。
当底座1倾斜时，单摆受重力作用产生摆动，带动编码器3的轴转动产生摆角数字信号，送到电子板或计算机进行处理得出摆角数值。与此同时，板状摆锤5切割磁路空气隙的磁力线，在其内部产生涡电流，形成阻止摆动的力，由于涡流与摆动速度成正比，并不影响摆的最终位置，只是很快消除残余摆动。摆锤5与摆杆4呈90度布置不仅可以在摆动方向产生阻尼，还可以在摆动轴方向(推车前进的方向)上产生防止颤动的阻尼，对改善摆动轴承的工作非常有利。
权利要求1．一种数字倾角仪，由外壳、底座、门形支架、旋转编码器、单摆、U形铁和永磁磁钢、带数码显示器和信号输出插座的电子板组成，门形支架固定在底座上，永磁磁钢布置在U形铁的内侧面，形成带空气隙的磁路，编码器通过接插件与电子板连接，其特征在于编码器固定在门形支架横梁上，U形铁固定在底座上，单摆的零部件全部由非导磁金属制成，摆杆的上端固定在编码器的轴伸上，摆杆下端连接的板状摆锤始终有一部分在磁路空气隙中间，并与磁力线垂直。
2．根据权利要求1所述的一种数字倾角仪，其特征在于磁路空气隙水平布置，摆锤是瓦状板，它与摆杆呈90度固定。
3．根据权利要求1所述的一种数字倾角仪，其特征在于磁路空气隙竖向布置，摆锤是平板，它与摆动轴线垂直。
4．根据权利要求1所述的一种数字倾角仪，其特征在于磁路也可用绕在U形铁上的通电线圈来形成。
专利摘要一种数字倾角仪,属于大地测量仪器,采用磁电阻尼结构,单摆用不导磁金属作成,摆杆上端固定在旋转编码器轴伸上,对摆角进行数字测量,板状摆锤有一部分始终处于磁路空气隙中间,它摆动时切割磁力线,在其内部产生涡电流,阻尼摆动,使摆稳定。该仪器量程大、精度高、线性好、抗扰强、结构简单、读数稳定快。主要用于铁路轨道、机场和公路表面水平高差的推车式测量装置,可提高点式测量的效率或者直接进行连续测量。
文档编号G01C9/12GK2421616SQ0022300
公开日2001年2月28日 申请日期2000年5月12日 优先权日2000年5月12日
发明者周文祥, 郑朝阳 申请人:西南交通大学