专利名称：带有光电水准器的倾斜度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有7傳器的倾斜度传感器，其^C璃盖板下方的壳体内 具有液#气泡，其中玻璃板的上方设有光源。
背景技术：
为了对例如测量仪器或结构构^^i殳备进^7jC平或竖直校准，通常^f吏
用水碓器。这些7jC偉器4包^i行一^^准的管式7jql器和进行两^^准的
圆水准器。将7jC准器与设备相连接，使得气^^设备校准的状态下位于水准器
确定的位置上。借助于水准器可以i^^y寻到或'i^i校准状态。^it与设备
是否处于7JC平或竖直校准状态不是必然相关。原则上，可以通过设备上7jqk器
的相应，结构来预先i^:才交准状态的^f壬意倾角。
气;狄于确定的位置上，该位_1^^发明的意义上为对中位置。
为了才 水准器的偷顿角得到稳定的和可再现的气^^置，^iti^r技术，
需在玻璃盖板和液体的界面处形成凹面形状。7K准器的灵^1首先M于玻璃
盖板的曲率半径。
才財居JM技术，已^f一些^^p^置，借助于这些装置可以电子采集7jc^
器的数据。因此，扭常情况下，需要考虑光电原理。大多数^^的装u以 照射7jqi器为^i^出的，其中光源和絲收器{ :在7摊器的相对两侧上，特别
;Ul侧和下侧。
例如，DE3938848A1描述了一种倾斜度传感器，其包^t统的管式7K准器，
7傳器的壳体由透^##^成而且内部空间填充液体，液体包围着气泡。管式 7jQ^器的上方设有光源，光源可照亮管式7JQJk器的总"^1。 AUt源射出的光穿
itit明壳体并同样穿ittit的液体以及气泡。在与光源相对的U, 7傳器产 生不均匀的光分布，该光分布由设在水准器下方的光^"测器进行分析。这种装
置开销大并占据较大空间，而#"^:情况下需^#定结构的7傳器。其缺点
是，由于在光学界面上的^^Ht^狄气泡和液体的it^差很小以^Jto^,財對胡，而使得可^^析的她亮B很小。因此，it^位置的称则具有很大
的不确定性并JLP4树可用光流信号明确表示的小气泡偏移进e^测。
DE3634244A1公开了一种带有^t^射器和M测器的光电式倾斜度传感 器，光发射器和ife^测器iU在it^)"介质上方，其中，通itt^it^液体、 ^f是水银面上的^J^M^测倾斜度。液体封^^封闭罩中，并JL^体不;I^ 全填满封闭罩。用上ii^置无法^r测气泡的位置。
此外，JP10227635A公开了一种倾斜度传感器，其中在水准器的同 一侧，即在玻璃板的上方设置光源和光接收器。该倾斜度传感器利用了 全反射原理。当水准器水平校准时，气泡1更在发明的意义上对中，在光 密的玻璃盖板和光疏的气泡之间的界面上，从光源照射到气泡上的光朝 着光接收器的方向形成全反射。借助于该光接收器，可以检测在对中情 况下的全反射光。如果气泡没有对中，则表明没有发生全反射，因此没 有光线射入到光接收器。所以，可以根据检测到的光来确定气泡是否对 中。这样可以提供有关设备水平、竖直或其它预定校准的双重信息。这 种倾斜度传感器存在的缺点是无法得到倾斜的方向和度数。带有这种倾 斜度传感器的i殳备无法实现自动校准。此外，还有一个缺点，全反射部 分只在光发射器和检测器之间的距离足够大的情况下才有效，这导致传 感大且很昂贵。根据水准器的尺寸和希望控制的范围(倾角)，在气 泡接触面上采用全反射是无效的。
发明内容
本发明的目的在于提^"-种开始时提到的倾斜度传感器，其可以高精度地 确定出倾斜的方向和度数，而且适合于^"这种倾斜度传感器的设备进行自动 校准。
按照本发明，所述目的可由具有拟'J^求1所述特征的装置来实现。 ^的实施方式由^^权利要,,出。本申请的JJH还涉及特4i^且合，这
些特4ii且合由;M，J^^^出的单^tt4iE^W壬意《且合而成。
本发明所錄置的工作原tt于以下事实，气^f多位时，由于在气泡-玻
璃盖板H的光学平滑i^嫩的接触面上产生菲涅尔^^/或形成Wt光，使
得絲布U变化。一个有效提高由气泡-玻離触面衰减的光分量的有益^^是对Jl4面进
行类似于^L璃的孩i^面处理。才M^本发明要求的孩^L4面，其有^^t 度要大于inm而且可通iifii的方法，例:i^成细孔、砂目NU^蚀等来实现。 除了气泡-玻^^触面"卜，玻璃-液体的折射率差一^:非常小，以至于使"毛 玻璃雌，啵消除，并JU殳有明显的储光^i产生。
与本发明所錄置相关的玻璃盖板下侧的孩^il具有以下明显的优点
.可以明显减小侧向的传感器尺寸和与^目关的生产^;
*在光源的最高M区内形成与全反紂不同的，光。由此可得到非常好的 M比和很高的检测灵^1。
.与JP10227635A的全^^j"方法相比，明显减小了温/l^f树倾斜度测量的 可再现性带来的不良影响，&因为由温度变化引起的气泡-玻璃盖 ^射
相对变化小得多。
.M源发出的、穿过J^璃 一 气;^^触面向前传输的光^1:以与^^的球形 M计类似的工作原3^气泡的球形内表面上^^Jt，并有助于附带^L孩嫩 的气泡 - 玻璃界面上形成储。
一^Lit的实施方式为，为了抑制来自7錄器壁的干扰絲光，可以在壳 体的内,H殳置吸J]^t的Ji4面。
为了肯化采用单色光的情况下使用，所用的可吸^ltx作波长的液体可以是 一种高^i^液。如^^体本身不能够或不足以吸4仏，则可^MJ适当的高吸收
性染料。由》t^的真正优点在于，7jql器中的有效吸收^l^it过前后运动 而力口倍。
由于本发明的7摊器玻璃和液狀间的折射率差总是相对产生的，所以水
准器玻璃和液体的折射率可iiS'J尽可能高的一致。这种可能l"生例如可以通itit 择原材料(玻璃、PMMA、聚^^酯......)，以^ill过将有合适折射率的液体
^MK比例进^^合而实现。特别是，通ii^体^^可以实现接近100%的一
致性。优选将;^^物与液体的染^目结合。
下面将结合实施例对本发明进#^紐说明。
6拟目关附图中示出
图l是电子7jO^器的剖面图2是电子7p)MI中光学才;L^的示意图;
图3表^fU^^;和
图4及图5是芯片^的#^图。
M实施方式
图1表示总^^^置的示意图。该装置包^7絲器1和测量模块2。 7jC准器l 具有壳体l.l，壳体中有液体3和气泡4。壳体l.l内设有吸M的jL4面1.2。 液体3在玻璃 - 液*面5处与玻璃盖板1.3接触。在测量模块2中，将光学 元件安絲芯片M2，1上。由此，将^f是由LED构成的光源23i^凹陷 2.2中。将M收器2.4以离开光源大约相等的距离i5X^芯片M2.1的 Ji^面上。
图2表示的是影响电子传感器工作的光学效果。其示出了不希望的寄生效 #可用的衫1^之间的区别。 不希望的^f
El:在光源(LED)和M收器(pinJ^f及管)之间的直接光学串扰。 E2:在7jqk器容器的底部和壁上以及玻璃盖板周缘上的A^或^^。 E3:在折射率不相等的情况下，^L璃盖板-液絲面上的菲涅尔威或 形成絲光。
E4:在光学平面上的菲涅尔反^V或在孩嫩的玻璃-气^^面上形成，光。
E5:在气泡的内侧面上的菲涅尔A^。
E6:当超iiM^的临界角时，^C漆气;錄面上的全絲，
E7:在气泡的弯月面上的全a。
It^发明而言，效果E4和E5实际上可用于光学平滑界面上的菲涅尔M 和/^1#^界面上形成的絲光。有效界面是玻璃盖板13下侧的一个区域，在 该区域内气泡4与玻璃盖板13接触。
图3^^^C璃盖板L3下侧出现的W^t^。从光源23射出的鋪絲玻璃盖板13的下烦'J^gJt。因此，光源M为LED。以小于全M临界角的 角^A4t的iW^fct^f并在测量模夬2上产生可以用高精^^才斤的ito。 这种结构的优点是，当被全絲的光出J脉必须iM^更外侧的雄收器2.4.3 和2.4.4上时，可以^X^更靠i^6源2.3处的接收器2.4.1和2.4.2能够获^J曼 a的光。因此，具有全絲分析的配置相对于具有絲;5fe^析的配置需要更 大的芯片M 2.1的尺寸，并导致了较高的絲。由"HUt光形^jl在光源 2.3的最高亮度区域内，所以得到了非常好的像桑比并由此实现了高灵敏复。
测*^狭2包括芯片絲2.1。图4示出了从芯片絲的功能f^J:A面看的 餘f见图。芯片基底2.1设有凹陷柳立2.2，该凹陷部位中设有LED形式的光源 2.3和四个絲收器2.4.1、 2.4.2、 2.4.3、 2.4.4，这些雄收器以圓环^1形光电检 测器的形式J^、上沿着一个平面集成。每个圓环> ^两维空间中的四分之一 象限。凹陷顿2.2防011^光源2.3到絲收器2.4的直接光串扰。用于连接光 源23的夕h^连接端2.5和i^收器2.4的电导M^皮iU^芯片M 2.1上，并 Jititii接端组2.5彬bNl连。为了简明起见，iiJt没有示出光源23的连接端。
芯片M 2.1可以直接iM^L璃盖板13 Jiil者与一个3^璃^i^LM,所 ii^L璃l^l位于玻璃盖板1 3和芯片絲2.1之间并与玻璃盖板1,3形成一个光 学单元。
在图5示出的实施例中， 收器2.4在径向上再一次^a'J分，使该装置 包括总共8个独立的段2.4.1至2.4.8。由此可获得进一步的 丈进方案。
附图;f射己列表 l林器 1.1壳体
1.2吸M的J^4面 1 3玻璃盖板
2测對缺 2.1芯片絲 2.2凹陷* 23光源2.4雄收器 2.4.1第一縱收器 2.4.2第二絲收器 2."第三絨收器 2.4.4第四皿收器 2.5连接端子组 3液体 4气泡
5玻璃-液錄面 El光学串扰
E2在内壁上的A^Nt^f
E3当折射率不同时，在玻璃-液*面上的菲涅尔^#或形成 E4在玻璃_空^面上的菲涅尔a或形成， E5在气泡内侧的菲涅尔A^" E6 4^璃-空^面上的全a E7在气泡弯月面上的全M
权利要求
1.带有水准器(1)的倾斜度传感器，该水准器在玻璃盖板(1.3)下部的壳体(1.1)内具有液体(3)和气泡(4)，其中玻璃盖板(1.3)的上方设有光源(2.3)，其特征在于，玻璃盖板(1.3)的上方设置至少两个光接收器(2.4)，借助于所述至少两个光接收器(2.4)能够检测从光源(2.3)发出并当气泡(4)对中时从与气泡(4)接触的玻璃盖板(1.3)表面散射的光(L)，其中当气泡(4)未对中时，借助于所述光接收器(2.4)能够检测不同的光量，而且光源(2.3)和光接收器(2.4)都设置在芯片基底(2.1)上。
2. 才NtW漆求1所述的倾斜度传感器，^#棘于，围絲源(23)设 置至少四个皿收器(2.41、 2.4.2、 2.4.3、 2.4.4)，借助于这至少四个M收器(2.4.1、 2.42、 2.4.3、 2.4.4)能够^r测减源(2J)发出并当气泡(4)对中时 在与气泡(4)接触的玻璃盖板(L3)表面J^t^/或，的光(L)。
3. 才娥权利要求1或2所述的倾斜度传感器，^ft絲于，当气泡(4)对 中时，光源(2.3)位于气泡(4)上方的中心。
4. 才娥上i^5l利要求之一所述的倾斜度传感器，^#棘于，光源(23) 和絲收器(2.4)浙M在一个共用的芯片M (2.1)上。
5. 才娥上i^5l利要求之一所述的倾斜度传感器，^#棘于，芯片M(2.1) 的功能性表面设J^C璃盖板(13)上，或^iU在与玻璃盖板(13 )构成一 个光学单元的玻璃^Ui。
6. 才M居上舰利要求之一所述的倾斜度传感器，絲棘于，在一付行 于玻璃盖板(L3)的平面内，分别沿着经舰源(2.3 )辆目关絲收器(2.4.1、 2.4.2、 2.43、 2.4.4、 2.4.5、 2.4.6、 2.4.7、 2.4.8)的虚4以直线将皿收器(2.4) 划分成段，其中借助于这些船匕独立的段能够检观]#^^/或散射的光。
7. 才鹏上i^f'漆求之一所述的倾斜度传感器，^#絲于，壳体(U) iU在p及W6的Ji4面(1.2)内侧。
8. ^^上ii^'J^求之一所述的倾斜度传感器，##棘于，玻璃盖板(U) Ji5叶着液体空间的-H^具有樣^b隨性。
9. 才W上i^'j要求之一所述的倾斜度传感器，^#棘于，光源(23) 发出单色光，并JJM1了吸收该波长的光的^偉器液体。
10. 才^^5U，J^求9所述的倾斜度传感器，^#棘于，提^^有染色剂的 液体，该液体吸收光源(2J)波长范围的光。
11. 才娥权利要求l-lO之一所述的倾斜度传感器，^#絲于，为了减小 玻璃盖板(13 )和液体(3 )之间的4斤射率差，玻璃盖板(U H^J 了与液体(3)的折射率相近的材料。
12. 才l^权矛漆求1-10之一所述的倾斜度传感器，^#棘于，为了减小玻 璃盖板(L3)和液体(3)之间的折射率差，通过;^^^^K比例的不同液体 絲配于液体(3)的折射率。
全文摘要
本发明涉及一种带有水准器的倾斜度传感器，所述水准器具有处于玻璃盖板下方壳体内的液体和气泡。本发明的目的是提供一种倾斜度传感器，该传感器能够用来高精度地确定倾斜的方向和度数，而且适合于自动校准设有所述倾斜度传感器的设备。本发明的目的是由以下结构实现的在玻璃盖板(1.3)的上方设有至少两个光接收器(2.4)，借助于所述的至少两个光接收器(2.4)可以检测从光源(2.3)发出并在气泡(4)对中的情况下从与气泡(4)接触的玻璃盖板(1.3)表面散射的光(L)。当气泡(4)没对中时，借助所说的光接收器(2.4)可以检测不同的光量，光源(2.3)和光接收器(2.4)都设置在芯片基底(2.1)上。
文档编号G01C9/06GK101589291SQ200780042957
公开日2009年11月25日 申请日期2007年9月27日 优先权日2006年11月28日
发明者D·勒姆希尔德, G·弗赖德昂克, H·林克, O·布罗德森, R·米勒 申请人:扎托里乌斯股份公司