本发明涉及检测定向倾斜度或垂直度的角位移传感器，但不仅限于此。

在CN87100814中公开了一种检测垂直与水平度偏差的角位移传感器，称为“倾斜测量装置”，其不足之处在于：在检测坡度时，只有当两个探测电极相等地浸入液体时，受所测表面的偏斜或倾斜影响的误差Q′才为零，这在实际中难以做到，因所检测物体表面并非只有一个方向的倾斜;特别是对空中物体做垂直度偏差检测时，人为引起的检测误差Q′将不可避免。因此，检测精度受所检测物体表面的偏斜和人为偏斜的影响。此外，该装置的线性度不高，因而，检测精度不高，同时，温度变 化会引起检测误差。CN87100808公开一种选择膜盒材料、尺寸、使膜盒壁随温度变化而变化，改变膜盒容积，以保持膜盒内液体介质等于膜盒容积的一半，解决温度变化引起检测误差的方案，但存在膜盒容积的改变与膜盒内液体介质随温度变化的关系线性度不高，选择膜盒壁厚需要很精确，制造困难等缺陷。

本发明的目的在于：克服现有技术的上述缺陷，而提供在一定范围内，不受检测方向以外的偏斜或倾斜因素影响检测精度，并且，线性度和检测精度均较高的定向倾斜检测角位移传感器。

本发明的目的是通过下述途径达到的：电容型角位移传感器，由电容定极板和可相对于电容定极板作相对旋转运动的动极板组成，用于检测旋转角位移的传感器构成。动极板相对于水平线不可作旋转运动。电容极板间的电容容量变化值，表示检测出的定向倾斜角位移。动极板、转动轴等转动体的重心不在转动轴的轴心线上。转动轴的轴心线与水平线间的倾角小于90°时，使电容定极板相对于水平线作旋转运动时，转动体重心点的重力能够克服电容定极板相对于固态动极板等转动体作相对旋转运动的力，使固态动极板相对于水平线不可作相对旋转运动。

本发明提供了一种典型检测旋转角位移的传感器，它由电容定极板对、动极板和流体介质组成。至少有两组表面间距不变、相等，相对表面形状为扇形，尺寸相等，相对表面扇形同轴的、平行平板电容定极板对;也可以是，至少两组相对表面同轴，表面间径向间距相等、不变、相互表面辐射形状相同、尺寸相等的，相互表面辐射形状尺寸为柱状圆筒表面沿轴向从直径上剖开成1/n（n≥2、3、4…自然数）表面的电容定极板对。在两组电容定极板对间各有用一种材料制成、厚度基本均匀、相等，形状与电容定极板相对表面相似，有效表面形状相同，尺寸相等的半圆环形或半圆筒形固态动极板。两组电容定极板对间的动极板均与电容定极板对同轴;并且，能以同方向、相等角位移的绕轴线相对于电容定极板对作旋转运动。两组电容定极板对间电容量变化值之差，表示所检测动极板的旋转角位移。

图面说明：

图1是本发明的一个平行平板形电容定极板对动极板式差动电容型定向倾斜检测角位移传感器的结构图;

图2是图1所示角位移传感器电容定极板和动极板的形状及装配示意图;

图3是图1所示角位移传感器的电容定极板对的轴向投影示意图;

图4是图1所示角位移传感器的等效电容示意图;

图5是图1所示角位移传感器的电容容量变化与检测角位移的变化关系示意图;

图6是本发明的一个圆筒形电容定极板对动极板式差动电容型定向倾斜检测角位移传感器的结构图;

图7是图6所示角位移传感器的A-A剖视图;

图8是图6所示角位移传感器的等效电容示意图;

图9是解释图1至图8所示的定向倾斜检测角位移传感器检测垂直度时的工作原理示意图;

图10是本发明的一个平行平板形电容定极板对、固态动极板式差动电容型定向倾斜检测角位移传感器的轴向投影示意图。

图11是图1至图10所示角位移传感器表示检测角位移θ的电容容量的变化值转变为电讯号的差动电桥检测电路原理图。

本发明比现有技术具有如下优点：

电容型定向倾斜检测角位移传感器、能够检测定向倾斜度或垂直度，并且克服了自然、人为致使检测精度容易受到检测方向之外的倾斜因素影响的问题;差动电容型角位移传感器，使检测旋转角位移，倾斜度或垂直度时的线性度得到提高，有利于使检测电路简化，并提高检测精度。

本发明以下将结合附图中的实施例进行详述：

图1至图5是有关本发明的一个电容型定向倾斜角位移传感器，特别是一个平行平板电容定极板差动电容型定向倾斜检测角位移传感器的示意图。它用不导电的热塑性塑料、如ABS塑料制成柱状圆筒11，与密封端面21、22粘接或超声波焊接（以下简称焊接）组成一个密封的空腔。空腔内是真空或空气或惰性气体（如氮气）。在空腔内有用导电材料（如铝）制成的半圆环形板状电容定极板1、2、3、4、与用ABS塑料制成的电容定极板的 支承件7、8、9、10焊接在一起，并使定位支承件焊接在11上，1、2和3、4分别构成第一和第二电容定极板对。第一和第二定极板对同轴于轴心线OO′。第一、第二电容定极板对相互间的表面平行，且表面间的间距相等。在轴向投影图上，第一、第二电容定极板对的相对表面形状、尺寸、面积为相等的两个半圆形，且刚好在直径上相接为一圆。在第一、第二电容定极板对间分别有用导电材料（如铝）板制成的，厚度均匀相等，面积相等的半圆（环）形动极板5、6。5、6用ABS塑料制成的圆棒12同轴焊接。在轴向视图上，5、6重合为一半圆（环）形。由ABS塑料制成的圆环形支承端面23、24的外缘焊接在11的两端。23、24的中心孔内分别装有同轴于轴心线OO′的滚动轴承。12的两端与滚动轴承13、14同轴地固定配合在一起。5、6所成整体的重心不在轴心线OO′上。转动11带动第一、第二电容定极板对相对于OO′作旋转运动时，5、6所成整体重心的重力能够克服滚动轴承13、14内外圈发生相对转动的力，以达到5、6相对于水平线不作相对旋转运动。最好在12上加装玻璃珠与ABS塑料混合制成的偏心块20保证实现。在1至4上焊接有导电电极15至18，可用先与电容定极板焊接，在11上打孔引出电极，再填塞孔的方式完成。为加强屏蔽，用铝板19制成圆环形板焊接在11的中间，且在11圆筒内表面蒸镀或喷渡导电物。

如用Co1、Co2分别表示第一、第二电容定极板对间的电容容量。则当旋转11带动第一、第二电容定极板对绕OO′作旋转运动时，第一、第二电容定极板对间的电容容量呈线性差动关系变化，且两电容定极板对间电容容量变化值的差值与旋转角位移呈线性关系变化。如在11下加装一基座，用基座与被测物体接触，可以检测到被测物体表面的定向倾斜度或垂直度。

可以想到，若拆下密封端面21后，将11固定在支架上，12与另一旋转物体同轴连接时，可以检测旋转物体的旋转角位移或转速。

电容定极板对间的电容容量可根据平行平板电容容量公式求得。

图6至图8是关于本发明的一个电容型角位移传感器特别是一个半圆筒形电容定极板、动极板式差动电容型定向倾斜检测角位移传感器的示意图。可用ABS塑料制成柱状圆筒37与密封端面38、39焊接成一个密封的空腔。空腔内是真空或空气或惰性气体（如氮气）。在空腔内有用ABS塑料制成的实心圆柱体29。它的一端与39同轴焊接。在37圆周表面上，分别焊接用导电材料（如铜）制成的半圆筒形电容定极板25、27，它们的轴向长度相同和内表面半径相同。在29的圆周外表面上分别焊接有用导电材料（如铜）制成的半圆筒形电容定极板26、28，它们的轴向长度、外表面半径相同。25和26，27和28分别构成第一、第二电容定极板对，它们相互间的表面同轴于轴心线OO′。第一、第二电容定极板对的径向间距相等。在轴向投影图上25和27，26和28刚好在一直径线上分别相接为两个圆环。在轴向上25和26、27和28对应的轴向长度相同。因此，两组电容定极板对表面的相对辐射形状相同、尺寸相等、面积相等。在第一、第二电容定极板对间分别有用铝卷制的、厚度均匀相等的、半圆筒形动极板30、31和用介电常数一定的不导电热塑性塑料制成的、厚度均匀相等的、半圆筒形动极板32、33。30至33用ABS塑料圆环34同轴焊接起来，在轴向投影图上，30和31，32和33的投影分别重合为两个在同一直径上刚好相接成一圆环的两个半圆环。在30至33，34所成圆筒的两端分别焊有ABS塑料制成的圆环形板35、36。在29的两端分别装有微型轴承40、41，它们同轴于OO′。35、36中心孔分别与40、41的外圈同轴地焊接，以达到30至33同轴于OO′。30至33、35、36、34所成整体的重心不在轴心线上，转动37带动第一、第二电容定极板对相对于OO′作旋转运动时，30至33、35、36、34所成整体重心的重力能克服40、41内外圈发生相对转动的力，以达到动极板30至33相对于水平线不作相对旋转运动。在35上加装玻璃珠与ABS塑料混合制的偏心块46保证实现。在25至28上焊接有导电电极42至45，可用先与电容定极板焊接，在柱状筒37上打孔后引出电极，再使电容定极板形成在37、29上，并填塞孔的方式完成。

如用C11、C12分别表示第一、第二电容定极板对间的电容容量。则当旋转37带动第一、第二电容定极板对绕OO′作旋转运动时，第一、第二电容定极板对间的电容容量呈线性差动关系变化，且两电容定极板对间电容容量变化值与旋转角位移 呈线性关系变化。如在37下加装一基座，用基座与被测物体接触，可以检测到被测物体表面倾斜度或垂直度。

可以想到，若拆下38后，将37固定在支架上，35与另一旋转物体同轴连接时，可以检测旋转物体的旋转角位移或转速。

电容定极板对间的电容容量可根据圆筒柱状电容容量公式除以2求得。

图9进一步描述了角位移传感器检测一倾斜物体垂直度或倾斜度时的工作原理。设箭头y所指为一水平面，GF为垂直线，193为被检测倾斜物体，194为角位移传感器的基座。当194放置于193的一个面上时，可以检测出193的垂直偏差θ，且所检测出的垂直偏差θ不受传感器195的轴心线是否水平、倾斜的影响。

请注意：对于本发明实施例中所述的电容型定向倾斜检测角位移传感器，只有当动极板转动轴的轴心线不垂直于水平线时，检测方有效。

图10是本发明的一个平行平板电容定极板差动电容型定向倾斜检测角位移传感器的轴向投影示意图。特别是用于解释为了使两组电容定极板对间的电容量变化与动极板相对于两组电容定极板对的旋转角位移呈线性差动关系变化，选择两组电容定极板对与两个动极板相互位置的关系的解释示意图，是图1至图5的进一步延伸。

196、197为两个扇形极板，组成第一电容定极板，198是196、197间的半圆形固态动极板;199、200为两个扇形极板，组成第二电容定极板对，201是199、200间的半圆形固态动极板。202是198上的转动轴，203是安装于动极板198上的偏心块;204是201的转动轴，205是安装于动极板201上的偏心块。并且，196、197的相对形状和面积，尺寸与199、200的相对形状和面积，尺寸完全相同和相等，形状为扇形。第一、第二电容定极板对安装于同一支承件206上。第一、第二电容定极板对196、197，199、200及固态动极板198、201分别同轴于转动轴202、204的轴线OO′，OO″。转动轴在支承轴承（图中未示出）的支承下可相对于电容定极板对作相对旋转运动。设第一、第二电容定极板对相对形状面积扇形弧所对的圆心角为60°，则通过选择偏心块203、205安装于动极板198、201弧上边缘位置，使198、201的弦线恰好在第一、第二电容定极板对相对形状面积扇形弧所对圆心角的等分线上，即30°处。则当使206以左端抬起时，第一、第二电容定极板对相对于水平线以同方向、相等角位移地作旋转运动，而198、201则相对于水平线不作相对旋转运动。因此，第一、第二电容定极板对间的电容量变化与第一、第二电容定极板相对于198、201作相对旋转运动的角位移呈线性差动关系变化。则第一、第二电容定极板对间电容量变化值之差是所检测的定向倾斜角位移。第一、第二电容定极板对相对表面平行，间距相等。198、201是用同种材料（如聚四氟乙烯）制成厚度相等，相对于电容定极板对的相对形状面积最大有效部分为半圆环形，且各项尺寸相等的半圆环形板。198、201表面与电容极板192、200平行。

可以想到：1、在上述动极板与电容定极板对相对位置关系不变的情况下，使转动轴202、204同轴连接固定，则使转动轴202或204与转动体同轴连接起来时，可以检测转动体的旋转角位移。

2、上述动极板与电容定极板对相对位置关系可以引用到本发明提到的由相对表面同轴，相互表面间相互辐射形状面积为柱状圆筒表面沿轴向从直径上剖开成1/n的，弧形电容定极板对。

由此，可清楚地知道，本发明电容型（倾斜、旋转）角位移检测传感器，所称的扇形包括半圆环形、半圆环、半圆柱形在内。

本发明实施例图10中的转动轴202、204的轴心线OO′、OO″不一定平行，如OO′相交的角度小于90°或180°时，仍然可以用于检测定向倾斜角位移。

本发明的电容型定向倾斜检测角位移传动器的另一个实施例是：中国《工业表与自动化装置》杂志1987年第四期第56页所称的“差动电容式角度传感器”，在其转动轴上加装一偏心块，使“旋转圈板D”相对于水平线不可作旋转运动，定极板“A、B、C”可相对于水平线作旋转运动，如加装一基座，基座底面与被测倾斜物体表面接触，如“旋转圆板D”相对于水平线不可作旋转运动，定极板“A、B、C”可随被测物体表面相对于水平线进行角位移变化，“旋转圆板D”相对于水平线不可作旋转运动，则也可构成本发明。

本发明（定向倾斜检测角位移传感器）表示角 位移θ电容容量或电阻值的变化值是通过电子线路转变为电讯号，如采用差动电桥进行检测。图11反映了本发明图1至图10所示定向倾斜检测角位移传感器表示检测角位移θ的电容容量的变化值转变为电讯号Vθ的差动电桥检测电路原理图，它由频率恒定的正弦恒幅（恒电流或恒电压）高频电讯号产生振荡器207，互感器（变压器）208、209，高频电讯号接收放大器210及被测阻抗ZX1、ZX2等组成。其中ZX1、ZX2表示定向倾斜检测角位移传感器的电容定量或电阻值;如检测倾斜角位移时，若角位移变化为θ，则210接收放大器的输出电讯号将变化Vθ，Vθ表示角位移θ的电讯号。ZX1和ZX2分别相当于图4所示的C01和C02;或ZX1和ZX2分别相当于图8所示的C11和C12;