专利名称：数字水平仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字水平仪，具体的说是一种应用于测平板、平尺、精密量仪
和机床导轨、工作面直线度、平面度的测量、调整与监测等的一种数字水平仪器，属于精密 测量仪器领域。
背景技术：
水平仪是测量水平的一种仪器，广泛的应用于建筑、火箭发射平台、精密零件、桥 梁以及精密机械设备等领域。 中国发明专利200810034123. 1公开了一种电子水平仪及其校准和使用方法。它 包括一个长方体盒体，盒体内安置加速度传感器、主电路板和LCD显示驱动器，盒体表面上 设置LCD显示器和按键；电路结构是主电路板上有微处理器和稳压电路，加速度传感器连 接微处理器，微处理器连接LCD显示驱动器和按键，LCD显示驱动器连接LCD显示器，稳压 电路为加速度传感器、微处理器和LCD显示驱动器提供工作电源。其校准方法采用两次水 平校准和两次垂直校准。其使用方法是水平仪高端和低端分别处于被测面的高处和低处。 中国实用新型专利86203145公开了一种连通器式水平仪属于水平测量仪器。本仪器主要 由竖向液道体、液面电路开闭装置、标位装置(部件)、信号(感觉)装置以及控液装置(部 件)、提升装置(部件)等构成。 上述水平测量仪器虽各有特点，但均存在一些缺陷，比如说加速度传感器本身测 量精度就不高，所以不适合高精度测量，而且液控装置的水平仪容易受外界条件的影响比 较大，稳定性较差，整体结构比较复杂，造价较高并且维护量大等。
实用新型内容针对现有技术存在的不足，本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种数字水
平仪，它所具有的高精度小角度传感器，能够使该数字水平仪具备测量精度高、速度快，稳
定性好，并且该数字水平仪整体结构简单、体积小、重量轻、携带方便等特点。 为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是，一种数字水平仪，包括底
座，在底座上设置壳体，底座或者壳体至少一处还设置信号采集接收装置和测量 处理电路，该测量处理电路包括数字转换器、单片机，所述信号接收装置与数字转
换器顺序连接并与单片机电连接，壳体上还设置测量结果显示装置；所述信号采集接收装
置是高精度小角度传感器。 上述的数字水平仪，其特征是所述高精度小角度传感器包括两个极板构成的电 容系统，所述电容系统的两极板之间设置芯片，芯片上设置有与圆形动极板连接的游丝，所 述芯片与极板之间设置隔离装置。 上述的数字水平仪，所述差动电容定极板数量设置两块。 上述的数字水平仪，所述芯片包括外固定环、圆形动极板和游丝。 上述的数字水平仪，所述游丝的数量设置三根，所述三根游丝在外固定环上360度内均匀分布，设置在外固定环与圆形动极板之间，依次由外环环绕圆形动极板一又三分 之一圈后连接到动极板上。 上述的数字水平仪，所述隔离装置是电容器隔环，数量设置两个，分别设置在定极 板和芯片之间。 上述的数字水平仪，所述测量结构显示装置设置LCD液晶显示器，并与单片机电 连接。 上述的数字水平仪，所述壳体上设置有触摸操作控制键，与单片机电连接。 上述的数字水平仪，所述壳体上还设置把手。 本实用新型数字水平仪的优点是它所具有的高精度小角度传感器，芯片采用厚 度0. 05mm的铍青铜作基片，并进行了平整处理和真空时效处理，性能更加稳定，抗干扰性 强、使用寿命高，能够使该数字水平仪具备测量精度高、速度快，稳定性好，该数字水平仪具 有读数直观、结构简单、体积小、重量轻和携带方便等特点。广泛应用于平板、平尺、精密量 仪和机床导轨、工作面直线度、平面度的测量及相对水平面倾角的调整。同时也可用于精密 机械设备的生产和安装方面的检测。
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是本实用新型数字水平仪的外观图； 图2是本实用新型数字水平仪的测量电路结构框图； 图3是本实用新型数字水平仪的高精度小角度传感器的结构示意图； 图4是图3所述高精度小角度传感器的芯片8结构放大图； 图5是图4所示A-A剖视图的结构放大图。
具体实施方式如图l所示，本实用新型数字水平仪，包括底座1，在底座上设置壳体2，壳体还设 置有信号采集、接收装置和测量处理电路，该测量处理电路包括电容数字转换器、单片机， 所述信号采集、接收装置、数字转换器顺序连接并与单片机电连接，壳体2上还设置测量结 果显示装置；所述信号采集接收装置是高精度小角度传感器。 该高精度小角度传感器包括两块差动电容定极板6、12、芯片8和电容器隔环7 ;电 容器隔环7数量设置两块，该差动电容定极板的个数设置为两块，电容器隔环7 —个设置在 差动电容定极板6和芯片8之间，另一个设置在差动电容定极板12和芯片8之间，用于隔 开两块差动电容定极板l，起到绝缘的作用。 如图2所示，高精度小角度传感器与电容数字转换器电连接，电容数字转换器再 与单片机电连接，触摸控制键直接与单片机电连接，LCD驱动、液晶显示器顺序电连接并与 单片机电连接，单片机与计算机连接通过计算机可以分析数据，通过单片机统一控制驱动。 如图3、4所示，该芯片8由外固定环9、圆形动极板10和游丝11构成，游丝11的 数量设置为三根，三根游丝11在360°内均匀分布，依次由外环环绕圆形动极板10 —又三 分之一圈后连接到圆形动极板10上。当该高精度小角度传感器水平放置时，芯片8的外固 定环9，三根游丝ll和圆形动极板IO应在同一平面内。[0027] 如图5所示，是芯片8的剖视图，该高精度小角度传感器水平放置时，芯片8的外 固定环9，三根游丝11和圆形动极板10在同一平面内。 该高精度小角度传感器的工作方式为当传感器沿轴向倾斜时，芯片8将产生相 应的位移，致使一个差动电容定极板6的电容量上升，另一个差动电容定极板12的电容量 下降，由圆形动极板10输出的信号将会发生相应的变化。 当芯片8(尤其是游丝11)产生翘曲时，将使三根游丝11通过圆形动极板10的连 接在轴向上相互加载，其结果使水平仪零位产生漂移。同时还使三根游丝11的弹性特性不 一致，每根游丝11的负荷状态也不同。在芯片8进行侧滚的过程中，三根游丝11的负载状 态将发生变化，从而导致动极板的轴向位移而发生信号输出。所以，芯片8的翘曲变形是造 成侧滚输出信号的主要原因。 由于电子测量仪器、设备等的线性、稳定性均取决于传感器的特性，所以该高精度 小角度传感器的芯片8，是采用厚度为0. 05mm的铍青铜作基片，通过光刻工艺制作而成。它 的翘曲变形与材料本身有密切的关系，所以光刻工艺之前对铍青铜基片的平整与时效处理 致关重要。因此在光刻工艺前，先对基片进行平整处理和真空时效处理，使基片的内应力减 至最小。 虽然铍青铜基片已进行了时效处理，但是基片经光刻工艺后，结构发生了变化，其 内应力将重新分布。尤其是在游丝11加工中，大的内应力将使游丝11产生更大的翘曲变 形，这必然导致芯片8的三根游丝11不在同一平面内，并且这种变形还是时间的函数。这 样，当水平仪发生侧滚时，圆形动极板10便会发生轴向位移而使显示值发生变化。所以，游 丝11加工后，应及时置于夹具内，以防进一步产生变形，并且要进行再时效处理，以消除内 应力。 为使产品易于操作，壳体上设置有触摸屏(触摸按键)4，并与单片机电连接。壳 体2上固定有方便携带和测量的把手3，本实用新型采用触摸式感应按键，不仅外观美观， 理论上讲，按键寿命为无限次，提高了产品的可靠性。在电子水平仪电路的设计上，采用单 片机作为控制器。产品显示器采用段码液晶显示5。包含测量数据、存储数据总数及各种工 作模式的菜单显示。在硬件电路设计上，力求简单、易装配，无需进行任何复杂的电路调试， 为产品的批量生产打下了良好的基础。在软件设计中，通过软件的控制，为产品增加以下多 种功能 1、具有测量数据存储、读取、删除功能，最多可储存999个数据。 2、任意位置按键置零(绝对零位和相对零位)。 3、两种测量单位mm/m和角度(秒)可供选择。 4、标准RS232接口输出，可直接与计算机通讯。 5、可保存和恢复出厂设置。 6、具有自动温度测量功能。 7、自动电源电压监测、低电量报警功能。 本实用新型的测量精度可达到0. 001mm/m。 当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也不限于上述举例，凡是 在本实用新型实质范围内作出的变化、改型、添加或替换以及应用，都应属于本实用新型的 保护范围。
权利要求一种数字水平仪，包括底座，在底座上设置壳体，底座或者壳体上至少一处还设置信号采集接收装置和测量处理电路，该测量处理电路包括数字转换器、单片机，信号接收装置与数字转换器顺序连接并与单片机电连接，所述壳体上还设置测量结果显示装置；其特征在于所述信号采集接收装置是高精度小角度传感器。
2. 根据权利要求1所述的数字水平仪，其特征是所述高精度小角度传感器包括由两 个极板构成的电容系统和信号输出装置，所述极板是差动电容定极板，信号输出装置与差 动电容定极板连接，在差动电容定极板之间设置有芯片，所述芯片与差动电容定极板之间 设置有隔离装置。
3. 根据权利要求2所述的数字水平仪，其特征是所述差动电容定极板数量设置两块。
4.No image.
5. 根据权利要求4所述的数字水平仪，其特征是所述芯片包括外固定环、圆形动极板 和游丝。
6. 根据权利要求5所述的数字水平仪，其特征是所述游丝的数量设置三根，所述三根游丝在外固定环上360度内均匀分布，设置在外固定环与圆形动极板之间，依次由外环环绕圆形动极板一又三分之一圈后连接到动极板上。
7. 根据权利要求6所述的数字水平仪，其特征是所述隔离装置是电容器隔环，数量设置两个，分别设置在定极板和芯片之间。
8. 根据权利要求7所述的数字水平仪，其特征是所述测量结构显示装置设置LCD液 晶显示器，并与单片机电连接。
9. 根据权利要求8所述的数字水平仪，其特征是所述壳体上设置有触摸操作控制键，与单片机电连接。
10. 根据权利要求9所述的数字水平仪，其特征是所述壳体上还设置把手。
专利摘要本实用新型公开了一种数字水平仪，包括底座，在底座上设置壳体，底座或者壳体至少一处还设置信号采集接收装置和测量处理电路，该测量处理电路包括数字转换器、单片机，所述信号接收装置与数字转换器顺序连接并与单片机电连接，壳体上还设置测量结果显示装置；所述信号采集接收装置是高精度小角度传感器。该传感器，性能更加稳定，抗干扰性强、使用寿命高，能够使该数字水平仪具备测量精度高、速度快，稳定性好，该数字水平仪具有读数直观、结构简单、体积小、重量轻和携带方便等特点。
文档编号G01C9/00GK201497504SQ20092022591
公开日2010年6月2日 申请日期2009年9月2日 优先权日2009年9月2日
发明者于飞, 姜智德, 康洪志, 康玉祥, 张五庭, 王坤宗, 王爱叶 申请人:青岛前哨精密仪器有限公司