TWI312860B - Inclination sensor and sensing method thereof - Google Patents

Description

.1312860 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種傾角感測器，且特別 種利用ϊ貞難轉的變化’來計算傾 j於 及其感測方法。 ㈣度之傾角感测器 【先前技術】 水平氣泡（Vlai)是廣泛地使用在許多量測儀Μ 作為调整儀器置放水平度的一種水平感 氣泡來量測水平度，料且有 ^、。使用水平 又雖然具有兀件小型、易於 低廉等優點，但也因為水平度的量測，必須仰賴使用者^ :之氣泡之待測物的水平度，故量測 处果，使广；差：\曰因為使用者之不同而有不同之觀測 儀器之功能需求。 U滿足現今自動化 如Γ藉ΓΓ同之電子式傾角感測器乃應運而生。例 ί極測器是在裝置電解液的容器中放入多個 度。此種傾角Μ斷待測物的水平 待測物的水平度，但因為電財=巧:來自動調整 為化學反應而釋放出氫氣 ☆肖&時間後’會因 而產生量測誤差。 之阻抗飄移，進 為了改善此一缺失，Φ 專利，乃提出第1230250號發明 飞東子水平感測器，其係利用光 5 /、’、、射水平氣泡’再以電荷耦合裝置（Charge Coupled Μ 簡稱CCD)或互補式金氧半導體（Complementary =al Oxide Semiconductor’簡稱 CMOS)元件等光感測器， ^光線之照射’以偵測氣泡之位置，並據以判斷裝置 7平氣泡之待測物是否傾斜。 出另外’中華民國第95142934號發明專利申請案，則提 一種電子式水平感測器及其感測方法，其係將一光源所

、生之光束，以一定之角度朝向水平液面計之液面投射， 並使用光感測單元，來偵測由水平液面計之液面所反射之 $束，再依據所偵測之光束的位置，來輸出代表水平感測 口。之傾斜角度的電子訊號。 月j述之電子式水平感測器，所使用之原理不盡相同 達成之功政亦有長短，故可提供使用者因應不 來選擇。而〆 、伴因此，如能提供一種與前述水平感測器具有不f

原里與特性之傾角感測器，以因應自動化量測時代的多才 化需求，乃為使用者之殷切期盼。 【發明内容】 ^於此二本發明之目岐提供—制則貞測液位線 、文，來计异傾斜角度之傾角感測器及其感測方法，以 滿足使用者更多樣化之設計需求。 為達上述及其他目的，本發明提供一種傾角感測器， 、用於摘測待測物之傾斜角度，此傾角感測器包括水平液 位计、光源、域測器與處理單元。其中，水平液值計係 6 1312860 為裝置有液體之容器所構成，因此，容器内即可形成維持 水平之液位線。光源是設置在水平液位計之一側，用以產 生朝向液位線投射之光束。光感測器是設置在與光源相反 之水平液位計的另一侧，用以接收通過液位線的光束，並 輸出代表所接收之光束強度的多個電子訊號。而處理單元 則耦接光感測器，用以接收前述之電子訊號，以偵測液位 線的位置，並依據所偵測之液位線的位置變化，來計算傾 斜角度。 本發明另提供一種傾角感測方法，適用於偵測待測物 之傾斜角度，此傾角感測方法包括下列步驟：首先提供可 在容器内維持水平之一液位線；再以一光束在容器之一側 朝向液位線投射；以及在容器的另一側，接收通過液位線 的光束，以便偵測液位線的位置，並依據所偵測之液位線 的位置變化，來計算傾斜角度。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特以較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下： 【實施方式】 請參考圖1所示，其為根據本發明較佳實施例之水平 液位計的立體圖。圖中^此水平液位計11係為裝置有液體 111之容器112所構成，容器112較佳地為玻璃或塑膠所 製成之圓柱形的密閉容器。當然，容器112也可以因應需 求而製作成其他不同之型式。 1312860 如圖所不，容裔112的部分空間用來容納液體11卜 其餘工間則為抽真空或充滿例如是空氣的氣體113，或亦 可注入與液體111不會相互溶和的另-種液體。因此，容 器112内便形成有可維持水平之液位線115。 請參考圖2與3所示’其分別為根據本發明第一實施 例之-種傾角感測器的立體圖與操作示意圖。圖中，此傾 角感測器20除了包括如圖丨之水平液位計u外，也包括 # 分別設置於水平液位計11方向相反之兩側邊的光源21盥 光感測器22,以及耦接光感測器22之處理單元23。光源 21，如是可以使用發光二極體（LED)’處理單元23則例 如是包括類比/數位轉換電路231、微處理器232盥記憶體 233 。 、〜 水平液位δ十11之液體Π 1較佳地係選自甲醇、乙醇或 乙醚與水的混合溶液，以便提高水平液位計11的可使用溫 度範圍。光源21係用以產生朝向液位線115投射之光束 _ 211，而光感測斋22則可以使用例如是電荷輕合裝置 (Charge Coupled Device，簡稱CCD)或互補式金氧半導體 (Complementary Metal Oxide Semiconductor，簡稱 CMOS) 等之線陣列影像感測器（Linear Sensor)。 如圖所示’光感測器22會接收通過液位線丨15的光束 211 ’並輸出代表所接收之光束211強度的多個電子％號 222。也就是說，光感測器22的每一感測單元221 ,都合 輸出與所接收之光束211強度成比例的類比電子訊號 222。這些類比電子訊號222經由類比/數位轉換電路231 1312860 - 轉換為數位訊號後，再由微處理器232讀取並存入記憶體 • 233中，以便微處理器微可以依據這些電子訊號2…來 偵測液位線115的位置，並根據所偵測之液位線的位置變 化，來計算傾斜角度。 例如，當傾斜感測器20隨著待測物（未繪示）之移動 而傾斜時，液位線115可能會變換至圖3中虛線所示之液 位線215的位置。此時，微處理器232即可依據所摘測之 • 液位線215的位置變化，來計算傾斜角度0，如下式所示： ^tan"； ............ (1) ’、 ，、中’ s為所備測之液位線215的位置p，與傾角感測 器20在水平位置時所谓測之液位、線115的位^間的高度 差’此-高度差可以液位、線215的位置p，與液位線ιΐ5的 位置p間之光感測器22的感測單元221數目，乘以每 感測器22的感測單元221之高度即可得。而r則為光成測 二：：影在液位線115上’也就是位置p時，與液位線 財4 G間之輯。亦即，s為傾斜之液位線215的 線段研在_上之投影砰的長度，而r則為傾斜之液位線 215的線段㉛在橫軸上之投影顽的長度。 α參考圖4所7F ’其為根據本發明第二實施例之一種 傾角感測器的操作示意圖。本實施例之傾角感測器斑第 -實施例之傾角感測器20的結構大致均相同，惟為了消除 液位線115 X溫度之變化而升降的影響，此則 之光感測器42’係包括相互平行、且與液位線m之;心 點0具有㈣距離之兩個線陣列影像感測器421與奶。 9 1312860 因此’式（1)中傾角感測器40的液位線U5與傾角感測 器40傾斜時所偵測之液位線415的高度差，即可以兩個線 陣列影像感測器421與422所偵測之液位線415的位置差 來計算，而不受傾角感測器40在水平時，液位線115之高 度變化的影響。 請參考圖5所示，其為根據本發明第三實施例之一種 傾角感測β的操作示意圖。本實施例之傾角感測器與第 貫％例之傾角感測益2 0的結構亦大致均相同，惟為了擴 大傾角感測益50得以偵測之傾斜角度$的範圍，此傾角感 測為50之光感測器52，係包括相互垂直、且與液位線 之中心點〇具有相同距離之兩個線陣列影像感測器521與 522。因此，當傾角感測器5〇之傾斜角度太大，使得液位 線115逸出線陣列影像感測器521與522其中之一的偵測 乾圍時，液位線115也將進入另一線陣列影像感測器521 或522的可偵測範圍（如圖6所示）。 請參考圖7所示，其為根據本發明第四實施例之一種 傾角感/則為的操作示思圖。本實施例之傾角感測器川也具 f與前述實施例相近之結構，惟此傾角感測器7 〇之光感測 器72，已不再使用一維之線陣列影像感測器，而是代之以 二維陣列影像感測器。 —一、’隹陣列衫像感測為因為具有排列為二維陣列之多個 感測單元722,可以用來偵測液位線115的實際位置，故 可依據所_之液位線115的實際位置，來計算獲得立傾 斜角度。例如’當傾角感測器7 〇傾斜而使得液位線！ i 5變 10 1312860 換至虛線之液位線715位置時，則可以取光感測器72所感 測之液位線715上的任意兩點間之線段為斜邊，並以涵蓋 斜邊之矩形在橫軸與縱軸上之感測單元722的數目，來計 傾斜之液位線715的線段分別在橫軸與縱軸上之投影長 度’進而計算獲得其傾斜角度Θ。 請參考圖8所示，其為根據本發明第五實施例之一種 傾角感測器的操作示意圖。本實施例之傾角感測器8〇也具

^與前述實施例相近之結構，惟此傾角感測器8 Q之光感測 器82，係以四象限光感測器來取代。 四象限光感測器通常係包括分佈在平面上之每一象限 的4個光感測單元（如圖8中分別分佈在第 ^艮上之光感測單元卜2、3與4)，每—光感測單元則依 f斤接收之光㈣度，而輪出代表光強叙糕或電壓訊 中分你在第卜2、3與4象限上之4個光感 到之光強度分別為limn，則根據 ()或（3)兩式計算所得之γ*χ值，其大 总十…^ 計月度β成一定之關係，故可依其關 係來计异取得傾角感測器8〇的傾斜角度Θ之值。 ⑵ F - ί/l + A ) ~ ih + Ια ) ’I + ’2 + 八 + /4 ......... .(3)

X JJi±lAzik±JA W4+/2+/, ，然本發明已以較佳實施例揭露如上U 限疋本灸明，任何熟習此 /、 和範圍内所作之各種更動：;：3脫離本發明之精神 閏飾，亦屬本發明之範圍。因 .ί312860 :準本發當視後附之申請專利範圍所界定者 【圖式簡單說明】 圖1係顯林縣發日倾佳實施例之水平独計的立

圖2係顯示根據本發明 的立體圖。 第一實施例之一種傾角感測器 圖3係顯示根據本發明第 的操作示意圖。 一實施例之一種傾角感測器 圖4係顯示根據本發明 的操作示意圖。 第二實施例之一種傾角感測器 圖5係顯 的操作示意圖 示根據本發明第三實施例之一種傾角感測器

圖6係顯示根據本發明第三實施例之一種傾角感測器 的另一角度操作示意圖。 圖7係顯不根據本發明第四實施例之一種傾角感測器 的操作示意圖。 圖8係顯示根據本發明第五實施例之一種傾角感測器 的操作示意圖。 【主要元件符號說明】 11水平液位計 111液體 12 1312860 112容器 113氣體 115、215、415、515、715、815 液位線 20、40、50 ' 70、80傾角感測器 21光源 211光束 22、42、52、72、82 光感測器 221、722感測單元 ‘ 222電子訊號 23處理單元 231類比/數位轉換電路 232微處理器 233記憶體 42卜422、521、522線陣列影像感測器

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Claims (1)

1312860 十、申請專利範圍： 1. 一種傾角感測器’適用於偵測一待測物之一傾斜角 度，包括： 一水平液位計，係為裝置有一液體之一容器所構成， 以在δ亥谷為内形成可維持水平之一液位線； 一光源，設置於該水平液位計之一側，用以產生朝向 該液位線投射之一光束； 一光感測器，設置於與該光源相反之該水平液位計的 另側，用以接收通過該液位線的該光束，並輸出代表所 接收之該光束強度的多個電子訊號 ;以及 一處理單元，耦接該光感測器，用以接收該些電子訊 號，以偵測該液位線的位置，並依據所偵測之該液位線的 位置變化，來計算該傾斜角度。 2·如申請專利範圍第1項所述之傾角感測器，其中該 谷為係為玻璃或塑膠所製成之圓柱形密閉容器。 3. 如申請專利範圍第2項所述之傾角感測器，其中該 容器之半數空間裝置有該液體，該液體係選自甲醇、乙醇 或乙醚與水的混合溶液，未裝置該液體之其餘空間則充滿 氣體。 4. 如申請專利範圍第2項所述之傾角感測器，其中該 光感測斋包括一線陣列影像感測器，而該處理單元計算該 傾斜角度Θ之公式為：θ’-j ’其中’ s為所偵測之該液 位線的位置與傾角感測器在水平位置時所偵測之該液位線 的位置間的高度差，而Γ則為該線陣列影像感測器投影在 1312860 该液位線時，與該液位線中心點間之距離。 5. 如申請專利範圍第4項所述之傾角感測器，其中該 光感測器更包括另一線陣列影像感測器，設置在與該線陣 列影像感測器相互平行，且距離該液位線中心點同樣為r 之位置。 6. 如申請專利範圍第4項所述之傾角感測器，其中該 光感測器更包括另-線陣列影像感測器，設置在與該線陣

列影像感測H相互垂直，且距離鎌位線中^點同樣為『 之位置。 ‘ 7.如申請專利範圍第1項所述之傾角感測器，其中該 光感測器係為-二維陣列影像感測器。 8_如申請專利範圍第1項所述之傾角感測器，其中該 光感測器係為一四象限光感測器。 X 9.種傾角感測方法，適用於彳貞測—待測物之 角度，包括下列步驟： 、” 従仏可在一容器内維持水平之一液位線； 以光束在该容器之一側朝向該液位線投射；以及 在該容器的另一側，接收通過該液位線的該光束，以 =度並依據所偵測之該液位線的位置變 …如申明專利辜巳圍帛9項所述之傾角感測方法，其中 計异該傾斜角度0之公式 ” 八马· ktan 7，其中，s係傾斜之 錢^線料財㈣上岐影減H為傾斜之該 液位線的線段在橫軸上的投影長度。 15