測量水準泡氣泡位置的設備和方法及包含該設備的水準泡的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于測量水準泡氣泡位置的設備、方法及包含該設備的水準泡，尤其涉及用于衡器領域的測量水準泡氣泡位置的設備、方法。
【背景技術】
[0002]很多儀器設備必須在水平的狀態(tài)下才能正常工作，例如基于重力法工作的電子天平(稱量儀器)，當天平傾斜時，就會有誤差，天平越傾斜，誤差越大。為了保持一定的精度，天平必須保持在一定的水平范圍以內。因此天平都配有水平泡(水準泡)，以及可調腳。水準泡包括密封殼體，內有液體，且液體不充滿，留有氣泡，殼體的上方是透明的，其內壁是大半徑的曲面，當裝置水平時，氣泡位于中間；當電子天平傾斜時，氣泡位置就會向高的一方偏移，用戶通過殼體上方的透明窗可以觀察電子天平的水平狀態(tài)。用戶一邊觀察電子天平上的水準泡氣泡位置，一邊調節(jié)可調腳的高低(通常是通過旋轉螺紋實現(xiàn))，使氣泡位于水準泡的中間。
[0003]水準泡的透明窗上通常表有一個標識圈，如果氣泡的邊沿跑出這個標識圈，表示水平狀態(tài)已超出容許范圍，稱量的誤差太大，結果會不可靠，用戶必須調節(jié)水平狀態(tài)，使氣泡回到標識圈以內(且最好回到正中間)。
[0004]大家知道，三點確定一個平面。所以需要調節(jié)水平的裝置(例如電子天平)通常有三個支撐點(三個腳)，其中一個固定，另兩個腳是可調的。然而對于不熟練的用戶，根據氣泡位置來調節(jié)兩個腳的高低來調節(jié)水平狀態(tài)并不容易，由于三角形的關系，當一只腳的高低調節(jié)時，氣泡是走斜線方向移動的。所以用戶常覺得不便。
[0005]因此，也有人想到用電機控制調節(jié)腳自動調節(jié)水平的裝置；或者如果氣泡跑出了標識圈，就給予報警，并根據氣泡位置的方位，給用戶提示如何轉動兩個調節(jié)腳，來調整水平；或者根據傾斜狀態(tài)與稱量誤差有一定的關系，當知道傾斜角時，對稱量結果進行修正，使稱量結果更精確。所有這些，或者其它原因，現(xiàn)在都希望能得到水平狀態(tài)(傾斜狀態(tài))的電子化(數值化)結果。電機控制系統(tǒng)只有得到了水平狀態(tài)的電信號(或數據)才能確定如何來調節(jié)。例如，有一種監(jiān)控天平工作狀態(tài)的設備(詳見CN100362326C)，提出如何將電子式傾斜度傳感器用于工作狀態(tài)報警、干涉后續(xù)稱量、啟動自動校準、啟動調平導向器等坐寸。
[0006]現(xiàn)有技術中有許多測量水平狀態(tài)的方法和裝置。
[0007]現(xiàn)有技術中有一種氣泡電位式水平傳感器(詳見CN202204509U)，氣泡位置不同，各電極得到的電位不同，所以從各電極的電位可以推算出氣泡的位置。但是密閉容器內的充有液體必須是導電的，而且電極插入到水平泡內，加工工藝復雜，成本高，電極也會干擾用戶觀察氣泡的位置。
[0008]現(xiàn)有技術中還有一種電子天平的對準的方法和設備(詳見CN1645070A，US7325321B2)，傾斜傳感器是氣泡式水平儀，提及發(fā)光裝置是從水準泡的頂部向下發(fā)射，在水準泡的下方至少安裝三個接收裝置。但是安裝在頂部的發(fā)光裝置一定程度上影響用戶觀察氣泡。
[0009]現(xiàn)有技術中還有一種具有電子傾斜傳感器的天平(詳見DE3234372A1)，傾斜傳感器是氣泡式水平儀，提及發(fā)光裝置是從水準泡的底部向上發(fā)射，在水準泡的上方安裝接收裝置。但是安裝在上方的接收裝置嚴重影響用戶觀察氣泡。
[0010]現(xiàn)有技術中還有一種具有氣泡水平儀的裝置(詳見JP58033114)，具有位于一側的一個發(fā)光元件，和位于另一側的多個光學傳感器。該裝置有一個透明的立方體，一個發(fā)光元件裝在該立方體的一側，多個光學傳感器裝在該立方體的另一側。由于立方體的結構，該種氣泡水平儀對二維的水平狀態(tài)是不合適的。

【發(fā)明內容】

[0011 ] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷，提供了一種在以電子方式或者光電方式測量水準泡水平狀態(tài)的同時，能讓用戶清晰看到氣泡及其位置的測量水準泡氣泡位置的設備、方法及包含該設備的水準泡。
[0012]根據本發(fā)明一方面，提供了一種測量水準泡氣泡位置的設備，水準泡包括圓柱形的密封殼體，密封殼體內部分充有液體并且留有氣泡，設備包括:至少兩個發(fā)光裝置，每個發(fā)光裝置發(fā)出的光線照射到氣泡以及水準泡的內底面；以及至少兩個接收裝置，每個接收裝置接收經水準泡的內底面反射以及經氣泡反射和折射的光線并將其轉換成電信號，電信號經處理后用于計算氣泡的位置，其中，至少兩個發(fā)光裝置的每一個與至少兩個接收裝置的每一個交替布置于圓柱形的密封殼體的四周。
[0013]根據本發(fā)明一方面，所述設備還包括:一配光件，所述配光件阻擋所述發(fā)光裝置發(fā)出的部分光線使它們不能直接照射到相鄰的接收裝置上，使所述發(fā)光裝置發(fā)出的光線盡可能多地直接照射到所述氣泡上和周圍，并且使所述接收裝置盡可能多地接收到來自所述氣泡表面及周圍的光線。
[0014]根據本發(fā)明一方面，殼體四周是透明的。
[0015]根據本發(fā)明一方面，殼體四周是不透明的，至少兩個發(fā)光裝置的每一個與至少兩個接收裝置的每一個交替布置于圓柱形的密封殼體上方的四周。
[0016]根據本發(fā)明一方面，設備包括以下的任一情況:兩個發(fā)光裝置和兩個接收裝置；三個發(fā)光裝置和三個接收裝置；四個發(fā)光裝置和四個接收裝置；五個發(fā)光裝置和五個接收裝置；或六個發(fā)光裝置和六個接收裝置。
[0017]根據本發(fā)明一方面，各發(fā)光裝置之間和各接收裝置之間盡量等距布置。
[0018]根據本發(fā)明一方面，在各發(fā)光裝置點亮時記錄各接收裝置的信號，最終在各發(fā)光裝置都點亮過一次后得到發(fā)光裝置數(M)乘以接收裝置數(N)個信號Uij(i = 1到M，j =1到N)，信號Uij用來計算氣泡的位置。
[0019]根據本發(fā)明一方面，定義一個氣泡參考位置，并且記錄當氣泡位于氣泡參考位置時各接收裝置的信號UOij (其中i = 1到M，j = 1到N)，通過信號Uij (其中i = 1到M，j = 1到N)與UOi j (其中i = 1到M，j = 1到N)之差計算氣泡的位置。
[0020]根據本發(fā)明一方面，每個發(fā)光裝置是發(fā)光二極管，各發(fā)光裝置通過脈沖式依次點亮來發(fā)光。
[0021 ] 根據本發(fā)明一方面，光是可見光或紅外光。
[0022]根據本發(fā)明一方面，每個接收裝置是光電二極管或光電三極管。
[0023]本發(fā)明還提供了一種包含上述設備的水準泡。
[0024]本發(fā)明還提供了一種測量水準泡氣泡位置的方法，水準泡包括圓柱形的密封殼體，密封殼體內部分充有液體并且留有氣泡，包括:將至少兩個發(fā)光裝置與至少兩個接收裝置交替布置于圓柱形的密封殼體的四周；在各發(fā)光裝置點亮時記錄各接收裝置的信號，最終在各發(fā)光裝置都點亮過一次后得到發(fā)光裝置數(M)乘以接收裝置數(N)個信號Uij (i =1到M，j = 1到N);以及使用信號Uij來計算氣泡的位置。
[0025]根據本發(fā)明一方面，該方法還包括:定義一個氣泡參考位置并且記錄當氣泡位于氣泡參考位置時各接收裝置的信號UOij (其中i = 1到M，j = 1到N);以及通過信號Uij (其中i = 1到M，j = 1到N)與UOij (其中i = 1到M，j = 1到N)之差計算氣泡的位置。
[0026]應當理解，本發(fā)明以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的，并且旨在為如權利要求所述的本發(fā)明提供進一步的解釋。
【附圖說明】
[0027]包括附圖是為提供對本發(fā)明進一步的理解，它們被收錄并構成本申請的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實施例，并與本說明書一起起到解釋本發(fā)明原理的作用。附圖中:
[0028]圖1 (a)示出根據本發(fā)明第一實施例的測量水準泡氣泡位置的設備及包含該設備的水準泡的立體示意圖。
[0029]圖1 (b)示出根據本發(fā)明第一實施例的測量水準泡氣泡位置的設備及包含該設備的水準泡的側向剖面示意圖。
[0030]圖1 (c)示出根據本發(fā)明第二實施例的測量水準泡氣泡位置的設備及包含該設備的水準泡的立體示意圖。
[0031]圖2示出根據本發(fā)明第三實施例的測量水準泡氣泡位置的設備及包含該設備的水準泡的立體示意圖。
[0032]圖3示出根據本發(fā)明第四實施例的測量水準泡氣泡位置的設備及包含該設備的水準泡的立體示意圖。
[0033]圖4示出根據本發(fā)明第五實施例的測量水準泡氣泡位置的設備及包含該設備的水準泡的立體示意圖。
[0034]圖5 (a)示出根據本發(fā)明實施例的裝有配光器的測量水準泡氣泡位置的設備及包含該設備的水準泡的立體示意圖。
[0035]圖5(b)示出根據本發(fā)明實施例的配光器的遮光效果的橫向剖面示意圖。
[0036]圖6示出根據本發(fā)明實施例的測量水準泡氣泡位置的設備與相關電路連接的示意圖。
【具體實施方式】
[0037]現(xiàn)在將詳細參考附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0038]本發(fā)明提供了一種測量水準泡氣泡位置的設備，水準泡包括圓柱形的密封殼體，密封殼體內部分充有液體并且留有氣泡，設備包括:至少兩個發(fā)光裝置以及至少兩個接收裝置。每個發(fā)光裝置發(fā)出的光線照射到氣泡以及水準泡的內底面。每個接收裝置接收經水準泡的內底面反射以及經氣泡反射和折射的光線并將其轉換成電信號，電信號經處理后用于計算氣泡的位置。
[0039]當殼體四周透明時，至少兩個發(fā)光裝置的每一個與至少兩個接收裝置的每一個交替布置于圓柱形的密封殼體的四周。
[0040]當殼體四周不透明時，至少兩個發(fā)光裝置的每一個與至少兩個接收裝置的每一個交替布置于圓柱形的密封殼體上方的四周。