[发明专利]一种倾角传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种倾角传感器，是一种可用于测量相对水平面的倾角变化量，还可以作为倾角开关，属于传感器领域。

背景技术

目前工业上应用的倾角传感器从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器。理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器，当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。随着硅微机械传感器测量技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功,应用最广泛的微机电系统器件之一，而微加速度计就是惯性传感器件的杰出代表。作为最成熟的惯性传感器应用，现在的MEMS 加速度计有非常高的集成度，即传感系统与接口线路集成在一个芯片上。上述传感器精度较高，但成本也较高。

发明内容

本发明旨在采用一种简便、经济的方法设计一种倾角传感器，此种传感器可测量车辆等的倾斜状态，为控制系统提供电信号。

如图1，在底面长为A，宽为B的矩形容器内装有高为h的液体，以一条底边为转轴，使容器倾斜并保持液体的截面为梯形，倾斜角度为α，液体高度变为H，如图2所示。设梯形的一条短边为χ，根据液体在倾斜前后的截面积不变的条件，可得

A×h＝（χ+χ+a×tanα）/2；     解得χ=h-A/2×tanα

因为 H=A×sinα+χ×sin(90-α)      代人χ=h-A/2×tanα

得   H=h×cosα+A/2×sinα

=                                                

 由此可见，如使角度，可实现液面高度H随倾斜角度α变化而单调变化。

图1容器处于水平状态时的示意图。

图2容器处于倾斜状态时的示意图。

具体实施例

实施例1为根据上述原理设计的一种基本型的倾角传感器，它主要由容器1、液体2、浮子装置3、空气过滤器4、位置传感器5组成。容器为单一容积容器，其传感器 容纳液体的容器为方形或圆柱形，在倾角传感器水平状态时标定位置传感器的输出电信号，当倾角传感器发生倾斜时，容器内的液体液面高度会随倾角传感器的倾角的变化而变化，同时液面上的浮子高度也发生变化，倾角传感器上的位置传感器的输出电信号也会随浮子高度的变化而变化，然后根据倾角与输出电信号的对应关系就可求出倾角的角度。

图3为单一容积容器倾角传感器在水平状态时的图例。

图4为单一容积容器倾角传感器在倾斜状态时的图例。

实施例2为在基本型倾角传感器基础上发明的另一种倾角传感器，它主要由容器6、液体7、浮子装置8、位置传感器9组成。它的容器为复合容积容器，其传感器 容纳液体的容器为两个或多个单一容器组成的复合容器，每个容器间用连通管互联，改变连通管的通径可改变浮子高度变化对倾角变化的响应的时间，在倾角传感器水平状态时标定位置传感器的输出电信号，当倾角传感器发生倾斜时，浮子容器内的液体液面高度会随倾角传感器的倾角的变化而变化，同时液面上的浮子高度也发生变化，倾角传感器上的位置传感器的输出电信号也会随浮子高度的变化而变化，然后根据倾角与输出电信号的对应关系就可求出倾角的角度。

图5为复合容积容器倾角传感器在水平状态时的图例。

图6为复合容积容器倾角传感器在倾斜状态时的图例。