專(zhuān)利名稱(chēng):三向坐標(biāo)電容傳感測(cè)試裝置的制作方法
本發(fā)明是用于測(cè)量一物體相對(duì)于另一物體在空間x、y、z三向座標(biāo)位置變化的變電容傳感測(cè)試裝置。
現(xiàn)有變電容傳感測(cè)試裝置如蘇聯(lián)專(zhuān)利SU-346485是用二對(duì)形狀相同的極板分別沿x、y二軸方向中心對(duì)稱(chēng)地排列在一平面上，它與另一塊平行于此平面的公共極板構(gòu)成四個(gè)電容。把上述平面固定在一物體上，公共極固定在另一物體上。兩物體位置發(fā)生變化時(shí)，公共極板對(duì)四塊極板覆蓋面積發(fā)生變化，產(chǎn)生二對(duì)電容差動(dòng)變化從而測(cè)出二物體在x、y二軸方向的位移。上述裝置僅能測(cè)x、y二向座標(biāo)，并嚴(yán)格要求電容極板互相平行，安裝、調(diào)試技術(shù)要求高。實(shí)際使用時(shí)，當(dāng)固定在物體上的公共極板發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)將影響測(cè)量精度。用于大型建筑物如水電站大壩中的垂線座標(biāo)儀、引張線觀測(cè)儀時(shí)，連接在垂線或引張線上的公共極受到輕微外力或發(fā)生旋轉(zhuǎn)都會(huì)影響測(cè)量精度，并不適于在相對(duì)濕度大于80%的環(huán)境中使用。
本發(fā)明的目的是要提供一個(gè)三向座標(biāo)測(cè)量裝置，該裝置測(cè)試精度高，能在相對(duì)濕度大于80%的環(huán)境中工作，能用作垂線座標(biāo)儀和引張線觀測(cè)儀進(jìn)行遠(yuǎn)距離長(zhǎng)期穩(wěn)定測(cè)量。
本發(fā)明的要點(diǎn)是用兩對(duì)同樣形狀、大小的金屬板分別平行并對(duì)稱(chēng)于x軸、y軸方向垂直安裝在固定底板上。底板中間有一正方形或長(zhǎng)方形孔。在二對(duì)平行極板對(duì)稱(chēng)中心沿z軸方向懸掛或安裝一中間極。
二對(duì)極板形狀可為長(zhǎng)方形、正方形金屬板或園金屬環(huán)，中間極可是園柱形，也可是正多面體，可用實(shí)心體，也可做成中空的。
中間極與二對(duì)極板構(gòu)成二對(duì)電容，由中間極和兩對(duì)極板間距離變化而產(chǎn)生二對(duì)電容差動(dòng)變化，測(cè)出差動(dòng)變化電容之比值可得x、y兩方向的位移量。
此中間極穿越底板孔，伸入底板另一側(cè)，在其極上垂直于z軸方向固定一園形金屬薄板，此板與中間極構(gòu)成一導(dǎo)體。對(duì)稱(chēng)于園形薄板，在底板上安裝一對(duì)平行園環(huán)形薄金屬板。它與底板及園環(huán)相互間絕緣。由兩園環(huán)和園板之間距離變化而產(chǎn)生兩個(gè)電容差動(dòng)變化，測(cè)出此變化電容之比值就可知z方向的位移量。
將底板固定在一物體上，中間極固定在另一物體上。當(dāng)兩物體位置發(fā)生變化時(shí)，可同時(shí)測(cè)量x.y，z三軸方向的位移量。
測(cè)量z向位移的園形金屬薄板也可用其它對(duì)稱(chēng)形狀薄板，二園金屬環(huán)也可為其它對(duì)稱(chēng)形狀薄板。園形薄板可與中間極連成一整體，也可與中間極分開(kāi)成一單獨(dú)的一極板。此極板與中間極都固定于一物體上。測(cè)園形薄板與二園環(huán)電容差動(dòng)變化而知z向位移量。
平行于x、y二軸的兩對(duì)極板可安裝在底板同側(cè)，也可分別安裝在底板兩側(cè)。
將底板安裝于一物體上。中間極安裝在另一物體的某一鉛垂線或引張線上，當(dāng)垂線或引張線旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)中間極旋轉(zhuǎn)，但不改變中間極與三對(duì)極板間距離，不影響測(cè)量精度。
本裝置中所有極板和中間極都采用金屬材料，也可用熱穩(wěn)定性好的絕緣材料，在其上涂覆金屬薄膜而得。
所有極板和中間極的金屬表面都進(jìn)行絕緣處理，引線焊點(diǎn)也進(jìn)行專(zhuān)門(mén)絕緣處理。極板與底板之間，中間極和垂線或其它聯(lián)接件之間都用絕緣墊圈絕緣。以上處理保證裝置在相對(duì)濕度大于80%的環(huán)境中可靠工作。
該裝置用作大型建筑物中引張線儀和垂線座標(biāo)儀時(shí)，中間極引線用線徑小于0.05mm的絕緣導(dǎo)線引出，該線對(duì)中間極移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生附加力很小，對(duì)測(cè)量精度影響可忽略。
該裝置測(cè)量位移范圍可大于50mm，精度可達(dá)0.5%。該裝置與測(cè)量線路配合可進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量，遙測(cè)距離可達(dá)1000米。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)試精度高。能在潮濕環(huán)境里可靠地工作。本裝置用于大型建筑物如水電站大壩中引張線儀和垂線座標(biāo)儀時(shí)能長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施及附圖給出。
圖1為三向座標(biāo)電容傳感測(cè)試裝置主視剖面圖。
圖2為圖1A-A向剖視圖。
圖3為測(cè)量電容比的變壓器比例橋線路圖。
實(shí)施例參照?qǐng)D1、圖2，極板〔1〕、〔2〕平行于y軸方向，對(duì)稱(chēng)安裝在固定于物體M的底板〔8〕上，底板〔8〕中間有一方形或長(zhǎng)方形孔。極板〔3〕、〔4〕平行于座標(biāo)x軸方向?qū)ΨQ(chēng)安裝在底板〔8〕上。極板〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕和底板〔8〕之間用絕緣墊圈〔10〕來(lái)絕緣，用螺釘〔11〕連接。中間極〔5〕通過(guò)夾緊件〔13〕、絕緣塊〔12〕與安裝在物體N上的垂線或其它聯(lián)接件〔14〕連接。一對(duì)平行園環(huán)形極板〔6〕、〔7〕通過(guò)絕緣聯(lián)接塊〔15〕安裝在底板〔8〕的另一側(cè)上，并與垂直于z軸固定在中間極上的園板〔16〕構(gòu)成二電容。當(dāng)M、N二物體間發(fā)生x、y二向位移時(shí)，〔1〕、〔5〕間和〔2〕、〔5〕間電容發(fā)生差動(dòng)變化，接圖3線路通過(guò)測(cè)差動(dòng)電容比值就可知二物體在x向位移。測(cè)〔3〕、〔5〕間和〔4〕、〔5〕間差動(dòng)變化電容的比值可知二物體在y向位移。同樣測(cè)〔6〕、〔16〕和〔7〕、〔16〕間差動(dòng)電容比值的變化就可知物體在z向位移。金屬屏蔽罩〔9〕與底板〔8〕連接并在電路上接地。屏蔽罩〔9〕也可用非金屬保護(hù)罩代替。二對(duì)極板〔1〕、〔2〕與〔3〕、〔4〕可在底板同側(cè)，也可分別在底板兩側(cè)。
圖3.極板〔1〕與中間極〔5〕之間和極板〔2〕與中間極〔5〕之間電容為〔17〕、〔18〕。接線端〔19〕、〔20〕由交流電壓源〔21〕提供橋壓。感應(yīng)分壓器〔22〕接線端〔23〕接地電位。二接線端〔23〕、〔25〕接放大器〔24〕，放大器〔24〕輸出接伺服系統(tǒng)，調(diào)整接線端〔23〕的位置使放大器〔24〕輸出為零。則接線端〔23〕的位置將指示電容〔17〕、〔18〕的比值變化，通過(guò)此測(cè)出二物體x向位移量。用同樣方向可測(cè)量二對(duì)電容比值變化而知二物體在y、z向的位移量。
權(quán)利要求
1.變電容傳感三向座標(biāo)測(cè)試裝置。用兩對(duì)同樣形狀和大小的金屬極板于座標(biāo)x軸、y軸兩方向?qū)ΨQ(chēng)地垂直安裝在底板上。其特征是在二極板對(duì)稱(chēng)中心沿Z軸方向懸掛或安裝一中間極，中間極和兩對(duì)極板構(gòu)成能測(cè)試x、y兩向位移的二對(duì)電容。同時(shí)在中間極上垂直其軸線方向固定一圓形金屬薄板處于底板另一側(cè)，對(duì)稱(chēng)于圓形薄板，在底板上安裝一對(duì)圓環(huán)形薄金屬板與圓形薄板構(gòu)成測(cè)試z方向位移的一對(duì)電容。三對(duì)極板和中間極分別用屏蔽線連入測(cè)試線路。當(dāng)中間極和鉛垂線或引張線聯(lián)接時(shí)，先用小于0.05mm的絕緣導(dǎo)線引出，引出線連接屏蔽線再接入測(cè)試線路。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1，其特征是平行x、y軸的二對(duì)極板形狀為正方形或長(zhǎng)方形薄板，也可為園環(huán)形。垂直于z向一對(duì)極板可為園環(huán)形或其它中空對(duì)稱(chēng)形狀薄板。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1，其特征是中間極為園柱形，也可為正多面體，可用實(shí)心體，也可做成中空形狀。垂直z軸方向園金屬薄板與中間極構(gòu)成一整體。也可與中間極分開(kāi)成一單獨(dú)的極板，此板也可為其它對(duì)稱(chēng)形狀的薄板。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)2和3，其特征是極板和中間極的材料為金屬材料，也可用熱穩(wěn)定性好的絕緣材料表面涂覆金屬膜制成。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1，其特征是平行x、y二軸方向的兩對(duì)極板可放在固定底板同側(cè)，也可放在底板兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1，其特征是所有極板和中間極金屬表面都進(jìn)行絕緣處理，極板引線焊點(diǎn)也進(jìn)行絕緣處理。極板和固定底板之間，中間極和聯(lián)接件之間都用絕緣墊圈絕緣。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明屬于變電容傳感三向坐標(biāo)測(cè)試裝置，用以提高測(cè)試精度，能在潮濕環(huán)境下工作。該裝置由一個(gè)Z軸方向的圓柱形中間極，其極上有一垂直Z向的圓形金屬薄板。中間極與平行X、Y二軸的二對(duì)極板及一對(duì)平行于金屬薄板的圓環(huán)構(gòu)成三對(duì)電容，通過(guò)電容比值的測(cè)量指示出中間極與三對(duì)極板所在位置的三向坐標(biāo)變化。本裝置用于測(cè)試大型建筑物如大壩的三向位移變化，也可用于機(jī)械、地震、礦業(yè)等部門(mén)。
文檔編號(hào)G01B7/00GK86104058SQ86104058
公開(kāi)日1987年12月16日 申請(qǐng)日期1986年6月6日
發(fā)明者呂剛 申請(qǐng)人:水利電力部南京自動(dòng)化研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan