专利名称：数字式倾斜仪的制作方法
技术领域：
本产品属于一种新型的固态倾斜仪。
在建筑、机械、铁路、公路、石油及电力等工程领域中，常常要求精确测量被测面的倾斜角度或垂直度，以便调整或控制被测工程物的方位姿态，从而实现被指定的位置或角度。这类仪器通常采用以地球重力方向为基准的摆式倾角传感器，如电位器式、电容式、电感式等固体摆式倾角传感器以及电介液式、电解液式、磁性流体式等液体摆式倾角传感器和以气体为介质的气体摆式倾角传感器等，都是通过倾斜角度的改变导致电阻、电容或电感的改变来检测倾斜角度，但现有的倾角传感器都普遍存在以下不足(1)结构复杂；(2)大多属作坊作业，需要大量的人工调试，不易批量生产，因而成本偏高；(3)需要外接正负电源供电；(3)结果为模拟信号输出，不能直接读出倾角大小。
本实用新型提供了一种采用半导体工艺制作的可靠性高、结构简单、易于批量生产、低电压、微功耗的数字倾斜仪。
本实用新型的目的是这样来实现的传感器采用先进的半导体集成技术，即将敏感元件置于集成芯片的陶瓷空腔里构成可靠性高的集成传感器；电源部分采用9v电池供电，通过正电压调整器LM317得到电路中所需的+4.5v和+2.5v电源，通过负电压调整器ICL7660得到电路所需的-4.5v电源；信号处理部分则在放大电路之后采用了带有七段译码器和LCD驱动器的模数转换芯片ICL7106，其输出可以直接驱动3位半液晶显示电路，屏上将示出一带极性的数字，数字大小即为倾角大小，极性则代表了倾斜的方向。
上述数字式倾斜仪结构简单，可靠性高，直观易读。
以下结合
数字式倾斜仪的工作原理。
图1为数字式倾斜仪的主要结构框图。
图2为倾斜传感器的结构示意图。
图3为数字式倾斜仪的电源电路图。
图4为数字式倾斜仪的模拟信号电路图。
图5为数字式倾斜仪的模数转换及显示电路图。
图1为数字式倾斜仪的结构框图。位于集成芯片陶瓷空腔里的倾角传感器1将倾角大小和方向转变成一带极性的电压信号输出，经过放大电路2和模数转换电路3，结果由液晶电路4显示。电路中所有电源均由电源电路5提供。
图2(a)为倾斜传感器的一个实施例的结构示意图。考虑灵敏度、线性度、强度和耐温的要求，选择铂丝作为敏感元件，设置在集成芯片的陶瓷空腔里。该实施例中只设计了一个陶瓷空腔6，里面平行设置有两根等长的铂丝7和8，这两根铂丝与基片11上的两个电阻构成检测电桥。当传感器以两根铂丝的垂线为轴倾斜一个角度时，两铂丝由原来的同处一水平面变为一高一低，由于腔内温度场的存在，两铂丝的阻值不再相等，从而导致电桥失去平衡，输出跟角度大小和方向有关的电压信号。
图2(b)为倾斜传感器另一个实施例的结构示意图。该实施例中设计了两个陶瓷空腔9和10，其中相互垂直的设置有两对平行等长的铂丝，分别与基片上的电阻构成两个检测电桥，通过对两个电桥输出信号的差动放大可以有效消除环境温度对传感器的影响，从而减小传感器的温漂。
图3为数字式倾斜仪的电源电路图。本实用新型采用电池供电，电池通过插针与电路板相连，首先输入给三端可调式正电压调整器LM317，通过合理选择调整端电阻得到+4.5v输出，该电压分成两路，一路送给另一片LM317的输入端，得到传感器电桥所需的1.25～2.00v电源，另一路送到CMOS负电压调整器ICL7660的输入端，即可完成电源极性从正到负的转换，从而得到对称的负电源。
图4(a)(b)分别为对应于图2(a)(b)的模拟信号电路图。它们的主要作用都在于对传感器电桥的电压信号进行放大，不同之处在于图2(a)所示实施例只有一个敏感腔，因此采用了温度补偿电路，而图2(b)所示实施例则带有两个敏感腔，因此采用差动放大的方式来进行温度补偿。前置放大器选用具有低失调电压、低失调电流、低漂移、低噪声电压的斩波稳零运算放大器ICL7650。图中由热敏电阻RT1与固定电阻R24、R25、R26、R27、R28构成电桥，并通过运算放大器IC3A和IC3B放大适当倍数构成零位温度补偿电路；同样由热敏电阻RT2与固定电阻R23、R37、R38、R39、R40及运算放大器IC3C和IC3D构成灵敏度温度补偿电路，此时电桥电源应为前级电压信号。
图5为数字倾斜仪的模数转换及显示电路。经过前面的放大及温度补偿之后的模拟信号输入给ICL7106 AD转换器，由于该芯片内部带有七段译码器及显示驱动器，因此其输出可以直接驱动三位半液晶显示屏，从而可以直接读出倾角的大小和方向。
权利要求1.一种数字式倾斜仪，包括倾角传感器1，电源电路5，模拟信号放大电路2，模数转换电路3及液晶显示电路，其特征在于倾角传感器由平行设置于陶瓷空腔里的一对热敏丝和封入陶瓷腔内的电桥电路构成。
2.根据权利要求1所述的数字式倾斜仪，其特征是倾角传感器有两个等同的陶瓷空腔，两空腔内设置的热敏丝是相互垂直且等长。
3.根据权利要求1所述的数字式倾斜仪，其特征是整个仪器采用机内9V电池供电，差动放大电路所需的负电源采用三端正电压调整器LM317，和CMOS芯片ICL7660构成。
专利摘要本实用新型数字式倾斜仪，它采用半导体技术加工的集成传感器，将敏感元件和电桥电阻都集成在传感器内，电桥输出的信号经适当放大，模数转换后输入给3位半液晶显示电路，因此被测倾斜角度的大小和方向可从液晶显示屏直接读取。该仪器具有可靠性高、结构简单、易于批量生产、直观易读、低电压、微功耗等特点，可广泛用于建筑、机械、石油、电力及汽车等需要测量倾角的领域。
文档编号G01C9/00GK2261012SQ9521600
公开日1997年8月27日 申请日期1995年7月11日 优先权日1995年7月11日
发明者高国伟, 罗亚华 申请人:北京国科传感器研究开发中心