專利名稱：電子式水平傳感器及其感測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種角度測量裝置，特別涉及的是一種利用水平液面所反射 的光束，來偵測待測物的傾斜角度的電子式水平傳感器及其感測方法。
背景技術(shù)：
水平傳感器是廣泛地使用在許多量測儀器中，以作為調(diào)整儀器置放水平度的
參考源，例如，水平氣泡(Vial)便是迄今為止仍然十分普及的一種水平感測組件。 水平氣泡雖然具有小型、易于取得與成本低廉等優(yōu)點，然而，由于其必須仰 賴使用者的觀測，才能判斷所裝置待測物的水平度。明顯地，除了會因為使用者 的不同而有不同的觀測結(jié)果，使得誤差十分難以控制外，更無法滿足現(xiàn)今自動化 儀器的功能需求。因此，各種不同的電子式水平傳感器乃應(yīng)運而生。現(xiàn)有已有多種不同的電子式水平傳感器，例如，有一種水平傳感器是在水平 傳感器的電解液中放入多個電極，以偵測電解液的電導(dǎo)度變化，來判斷待測物的 水平度；另一種水平傳感器是使用光源來照射水平氣泡，并以兩個光敏電阻置放 在水平氣泡的兩端，由光敏電阻阻值的變化，來判斷待測物的水平度；再一種水 平傳感器也是使用光源來照射水平氣泡，并以放置在水平氣泡另一面的線性影像 傳感器，來偵測氣泡影像的變化，以判斷待測物的水平度等等。
以上所述的電子式水平傳感器，所使用的原理不盡相同，所可達成的功效也 有長短，故可提供使用者因應(yīng)不同的需求作選擇。因此，提供一種與前述水平傳 感器具有不同原理與特性的電子式水平傳感器，以因應(yīng)自動化量測時代的多樣化 需求，乃為使用者的殷切期盼。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種電子式水平傳感器及其感測方法，利用 水平液面所反射的光束，來偵測待測物的傾斜角度的電子式水平傳感器及其感測 方法，以滿足使用者更多樣化的設(shè)計需求。
為達上述及其它目的，本發(fā)明提供一種電子式水平傳感器，適用在偵測一待
測物的傾斜角度。此電子式水平傳感器包括水平液面計、光源與光感測單元。其 中，水平液面計為裝置有液體的容器所構(gòu)成，因此，可在水平液面計的容器內(nèi)形 成保持水平的液面。光源是用以產(chǎn)生一光束，并將所產(chǎn)生的光束朝向水平液面計 的液面投射。而光感測單元則配置在由水平液面計的液面所反射的光束的行進路 徑上，以便根據(jù)所偵測的光束，來輸出代表待測物的傾斜角度的電子訊號。
本發(fā)明另提供一種電子式水平感測方法，適用在偵測一待測物的傾斜角度，
包括下列步驟首先提供可維持水平的一液面；再以一光束朝向前述的液面投射； 以及根據(jù)偵測所得的前述液面所反射的光束，來輸出代表待測物的傾斜角度的電 子訊號。
其中，偵測所得的液面所反射的光束，是經(jīng)多次的反射而得。 為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特以較佳 實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的水平液面計的立體圖。 圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的一種電子式水平傳感器的示意圖。 圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的 一種電子式水平傳感器的示意圖。 圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的一種電子式水平傳感器的示意圖。 圖5A是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的一種電子式水平傳感器的示意圖。 圖5B是圖5A的電子式水平傳感器旋轉(zhuǎn)九十度的使用示意圖。 圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明第五實施例的一種電子式水平傳感器的示意圖。 附圖標(biāo)記說明11、 66-水平液面計；111-液體；112-容器；113-氣體； 115、 415、 416、 515、 615 —液面；116、 117 —側(cè)邊；20、 30、 40、 50、 60 —水平 傳感器；21、 31、 41、 51、 61-光源；211、 311、 411、 511、 61:1-激光二極管； 212、 312、 412、 43、 512、 53、 55、 612、 63 -聚焦透鏡；213、 313、 413、 513、 613-激光束；22、 32、 42、 52、 54、 62-光感測單元；616-底面。
具體實施例方式
請參考圖l所示，其為根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的水平液面計的立體圖。圖中， 此水平液面計11為裝置有液體111的容器112所構(gòu)成，容器112較佳地為玻璃或 塑料所制成的具有四邊形剖面的密閉型容器。當(dāng)然，容器112也可以因應(yīng)需求而 制作成其它不同的型式。
如圖所示，容器112的部分空間用來容納液體111，其余空間則為抽真空或 充滿例如是空氣的氣體113，或也可注入與液體111不會相互溶和的另一種液體。 因此，容器112內(nèi)便形成有可維持水平的液面115。
請參考圖2所示，其為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的一種電子式水平傳感器的示 意圖。圖中，此電子式水平傳感器20除了包括如圖1的水平液面計11外，也包 括分別設(shè)置在水平液面計11的兩側(cè)邊的光源21與光感測單元22。
水平液面計11的液體111 4交佳地是選自甲醇、乙醇或乙醚與水的混合溶液， 以便提高水平液面計11的可使用溫度范圍。光源21較佳地包括用以產(chǎn)生激光束 213的激光二+及管211，以及設(shè)置在水平液面計11與激光二才及管211之間，用以 調(diào)整激光束213的聚焦位置的聚焦透鏡212。而光感測單元22則可以使用例如是 電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,簡稱CCD)或互補式金氧半導(dǎo)體 (Complementary Metal Oxide Semiconductor,簡稱CMOS)等光傳感器來偵測。其 中，激光束213的聚焦位置較佳地是調(diào)整在光感測單元22上。
如圖所示，激光二極管211產(chǎn)生的激光束213,經(jīng)聚焦透鏡212的聚焦后， 即朝向水平液面計11的液面115投射，而水平液面計11的液面115則將激光束 213全部或部分地反射，進而照射至光感測單元22上。當(dāng)此水平傳感器20隨著 待測物(未纟會示)的移動而傾斜時，激光束213入射水平液面計11的液面115 的角度也會變化，使得激光束213照射在光感測單元22上的位置與能量也會不同， 因此，光感測單元22便可根據(jù)所偵測的激光束213的位置與能量，來輸出代表待 測物的傾斜角度的電子訊號。且當(dāng)光感測單元22是使用二維的光傳感器時，也可 以由輸出的電子訊號，來偵測出二維方向的傾斜角度。
請參考圖3所示，其為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的一種電子式水平傳感器的示 意圖。圖中，此電子式水平傳感器30除了包括如圖1的水平液面計11外，也包 括分別設(shè)置在水平液面計11的兩側(cè)邊的光源31與光感測單元32。需特別注意的 是，此處的水平液面計11的安裝方向是與圖2所示的相反。
水平液面計11的液體111較佳地為如水銀等不透光液體，光源31較佳地包 括用以產(chǎn)生激光束3B的激光二極管311，以及設(shè)置在水平液面計11與激光二極 管311之間，用以調(diào)整激光束313的聚焦位置的聚焦透鏡312。而光感測單元32
則可以使用例如是電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,簡稱CCD)或互補式金 氧半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,簡稱CMOS)等光傳感器來 偵測。其中，激光束313的聚焦位置較佳地是調(diào)整在光感測單元32上。
如圖所示，激光二極管311產(chǎn)生的激光束313,經(jīng)聚焦透鏡312的聚焦后， 即朝向水平液面計ii的液面115投射，而水平液面計11的液面115則將激光束 313全部反射，進而照射至光感測單元32上。當(dāng)此水平傳感器30隨著待測物(未 繪示)的移動而傾香斗時，激光束313入射水平液面計11的液面115的角度也會變 化，使得激光束313照射在光感測單元32上的位置與能量也會不同，因此，光感 測單元32便可根據(jù)所偵測的激光束313的位置與能量，來輸出代表待測物的傾斜 角度的電子訊號。且當(dāng)光感測單元32是使用二維的光傳感器時，也可以由輸出的 電子訊號，來偵測出二維方向的傾斜角度。
請參考圖4所示，其為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的一種電子式水平傳感器的示 意圖。圖中，此電子式水平傳感器40大致與圖2的水平傳感器20相同，其除了 包括如圖1的水平液面計11、分別設(shè)置在水平液面計11的兩側(cè)邊的光源41與光 感測單元42外，更包括設(shè)置在水平液面計11與光感測單元42間的一聚焦透鏡 43,聚焦透鏡43的作用為了補償因溫度變化而產(chǎn)生的量測誤差。
圖中，光源41較佳地包括用以產(chǎn)生激光束413的激光二極管411，以及設(shè)置 在水平液面計11與激光二極管411之間，用以準(zhǔn)直激光束413的聚焦透鏡412。 由于水平液面計11的液位會因為溫度的變化，而在液面415與416間升降，因此， 當(dāng)光源41產(chǎn)生的平行激光束413,朝向水平液面計11的液面415或416投射時， 其反射的激光束413的行進路徑，將會如圖中的實線或虛線所示而不同，此不同 路徑的平行激光束413,將經(jīng)由聚焦透鏡43的聚焦，而投射在光感測單元42的 相同位置上，使得待測物的傾斜角度的量測，不會受到溫度變化的影響。
請參考圖5A與圖5B所示，其為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的一種電子式水平傳 感器的示意圖。圖中，此電子式水平傳感器50大致與圖4的水平傳感器40相同， 其除了包括如圖1的水平液面計11、分別設(shè)置在水平液面計11的兩側(cè)邊的光源 51、聚焦透鏡53與光感測單元52外，更包括設(shè)置在水平液面計11的另一側(cè)邊的 另 一光感測單元54與聚焦透鏡55,以當(dāng)裝置此電子式水平傳感器50的待測物(未 繪示)旋轉(zhuǎn)九十度時，電子式水平傳感器50仍可如圖5A或圖5B所示地偵測待 測物的傾在牛角度。
在圖5A中，激光二極管511產(chǎn)生的激光束513，經(jīng)聚焦透鏡512的準(zhǔn)直后， 即朝向水平液面計11的液面515投射，而水平液面計11的液面515則將激光束 513全部或部分地反射，并經(jīng)聚焦透鏡53的聚焦后照射至光感測單元52上，以 便光感測單元52可以根據(jù)所偵測的激光束513的位置與能量，來輸出代表待測物 的傾斜角度的電子訊號。
另外，在圖5B中，電子式水平傳感器50已因待測物順時針旋轉(zhuǎn)九十度而改 變相對位置。因此，激光二極管511產(chǎn)生的激光束513,經(jīng)聚焦透鏡512的準(zhǔn)直 后，即朝向水平液面計11的液面515 4更射，而水平液面計11的液面515則將激 光束513全部或部分地反射，并經(jīng)聚焦透鏡55的聚焦后照射至光感測單元54上， 以便光感測單元54可以根據(jù)所偵測的激光束513的位置與能量，來輸出代表待測 物的傾斜角度的電子訊號。
請參考圖6所示，其為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的一種電子式水平傳感器的示 意圖。與前述實施例不同的是，此電子式水平傳感器60的水平液面計66，其設(shè) 置光源61與光感測單元62間的夾角已切除，使得在水平位置的水平液面計66 的底面616，是及其液面615相互平行。因此，當(dāng)激光二極管611產(chǎn)生的激光束 613,經(jīng)聚焦透鏡612的準(zhǔn)直而朝向水平液面計66的液面615投射時，將會在水 平液面計66的液面615與底面616間進行多次反射，才經(jīng)聚焦透鏡63的聚焦后 照射至光感測單元62上。此種作法的優(yōu)點是，當(dāng)待測物(未繪示)傾斜時，照射 至光感測單元62上的激光束613位置偏差，將會因為激光束613的多次反射而放 大，使得電子式水平傳感器60的偵測靈敏度得以提升。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí) 此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的各種更動與潤飾，也屬本發(fā)明 的范圍。因此，本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種電子式水平傳感器，適用于偵測一待測物的一傾斜角度，其特征在于其包括一水平液面計，為裝有一液體的一容器所構(gòu)成，在所述的容器內(nèi)形成可維持水平的一液面；一光源，用以產(chǎn)生一光束，并將所述的光束朝向所述的液面投射；以及一光感測單元，配置在所述的液面所反射所述的光束的行進路徑上，用以根據(jù)所偵測的光束，來輸出代表所述的傾斜角度的電子訊號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式水平傳感器，其特征在于所述的容器為玻 璃或塑料所制成，并具有四邊形截面的密閉型容器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子式水平傳感器，其特征在于所述的容器的部 分空間裝置有所述的液體，所述的液體是曱醇、乙醇或乙醚與水的混合溶液，未 裝置所述的液體的其余空間則充滿氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子式水平傳感器，其特征在于所述的容器的部 分空間裝置有所述的液體，所述的液體為水銀，而未裝置所述的液體的其余空間 則充滿氣體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式水平傳感器，其特征在于還包括一第二光 感測單元，所述的光感測單元與所述的第二光感測單元是相對于所述的光源對稱 地配置在所述的容器的兩側(cè)邊上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式水平傳感器，其特征在于所述的光源包括 一激光二極管，用以產(chǎn)生所述的光束；以及一聚焦透鏡，設(shè)置在所述的水平液面計與所述的激光二極管之間，用以調(diào)整 所述的光束的聚焦位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式水平傳感器，其特征在于所述的光感測單 元包括電荷耦合裝置或互補式金氧半導(dǎo)體的光傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式水平傳感器，其特征在于還包括設(shè)置在所 述的水平液面計與所述的光感測單元間的一聚焦透鏡，用以將所述的光束聚焦在 所述的光感測單元上；所述的光束為平行光束。
9. 一種電子式水平感測方法，適用于偵測一待測物的一傾斜角度，其特征在 于其包括提供可維持水平的一液面； 以一光束朝向所述的液面投射；以及根據(jù)偵測所得的所述的液面所反射的所述的光束，來輸出代表所述的傾斜角度的電子訊號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子式水平感測方法，其特征在于偵測所得的所述的液面所反射的所述的光束，是經(jīng)多次的反射而得。
全文摘要
本發(fā)明一種電子式水平傳感器及其感測方法，是將一光源所產(chǎn)生的光束，以一定的角度朝向水平液面計的液面投射，并使用光感測單元，來偵測由水平液面計的液面所反射的光束，再根據(jù)所偵測的光束的位置，來輸出代表水平傳感器的傾斜角度的電子訊號。
文檔編號G01C9/00GK101206114SQ200610170238
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者陳國禔 申請人:方礎(chǔ)光電科技股份有限公司