本发明的水泡电容式双座标方向倾斜角度传感器属于角度测量领域。 在名称为水泡电容式电子水平仪、专利号为86202257、申请日为860418的中国实用新型专利中，揭示了一种水泡电容式倾斜角度传感器，该传感器是由一个密封玻璃管、管内的电解液、气泡、管外壁上的四块电容极板组成。由该传感器构成的水平仪是利用上述四块电容极板组成的两个电容的差值方法来检测被测平面与水平面或其它平面的倾斜角度。尽管这种传感器较之以前的技术具有明显的优点，但是其应用范围是有限的。
1、该传感器只适用于检测较小的倾斜角度。
2、该传感器的两个电容的差值仅敏感于该传感器的玻璃管的纵轴与水平面或其它平面的夹角的变化而改变，因此，利用该传感器检测一个平面与水平面或其它平面的倾斜角度时，不能一次检测出双座标方向的倾斜角度。
本发明的目的在于提供一种能够应用于检测较大倾斜角度的、能够应用于一次检测出一个平面与水平面或其它平面的双座标方向倾斜角度的水泡电容式双座标方向倾斜角度传感器。
本发明的水泡电容式双座标方向倾斜角度传感器是由一个由绝缘材料构成的密封地空心壳、覆在空心壳外侧壁上的极板、装在空心壳内的电解液和气体构成，其特征在于：上述的空心壳是一个具有对称多面体外型或球体外型的空心壳;上述的覆在空心壳外侧壁上的极板为八块形状、大小相同或基本相同的金属电极板，这八块电极板相互分离的对称分布的覆在上述的空心壳的外侧壁上，任意一块电极板均连接有一根导线;
装在空心壳内的电解液和气体所占有的空间比例会影响电解液和气体的交界面的大小，做为实施本发明的传感器的必要条件，选择电解液和气体所占有的空间比例要使得电解液和气体的交界面能够包容下任意一块位于电解液和气体交界面之上或之下的电极板。
在将本发明的水泡电容式双座标方向倾斜角度传感器应用于测量角度时，可以将上述的传感器与一个检测平面固定，将上述的八块电极板中的每两块电极板连接成一个电容，八块电极板共构成四个电容;上述的四个电容中，有两个电容的电容值差对上述的检测平面的X轴与水平面或其它平面的夹角敏感，在上述的夹角不同时，这两个电容的电容值差不同;上述的四个电容中的另两个电容的电容值差对上述的检测平面的Y轴与水平面或其它平面的夹角敏感，在该夹角不同时，这两个电容的电容值差不同。
本发明的水泡电容式双座标倾斜角度传感器具有测量范围宽、成本低、使用方便的优点，可以一次检测出一平面与另一个平面的双座标方向的倾斜角度，可做为水平仪或角度分析装置、自动控制装置的角度传感器。
图1所示为本发明的水泡电容式双座标方向倾斜角度传感器的首选实施例的正面视图。
图2所示为图1所示的首选实施例的后面视图。
图3所示为本发明的水泡电容式双座标方向倾斜角度传感器的第二实施例的说明图。
图4所示为本发明的传感器的进一步说明图。
图5所示为由本发明的水泡电容式双座标方向倾斜角度传感器构成的角度测量装置的说明图。
在本发明的首选实施例中，参考图1、图2，由绝缘材料构成的密封空心壳是一个具有球体型外型和内腔的空心壳（1），覆在空心壳（1）的外侧壁上的极板是由八块形状、大小相同的金属电极板（C1、C11、C2、C22、C3、C33、C4、C44）构成，这八块电极板中心对称的均匀的相互分离的对称分布在空心壳（1）的外侧壁上，电极板（C1、C11、C2、C22、C3、C33、C4、C44）分别对应连接有导线（L1、L11、L2、L22、L3、L33、L4、L44），在空心壳（1）内的电解液（2）和气体（3）具有一个交界面（S），空心壳（1）的中心对称点落在该交界面（S）上。
在本施例中，空心壳（1）是由玻璃材料构成，气体（3）为空气，八块电极板（C1、C11、C2、C22、C3、C33、C4、C44）是由铜箔贴在空心壳（1）的外壁上形成。
在本施例中，八块电极板（C1、C11、C2、C22、C3、C33、C4、C44）也可以采用镀膜方法形成。
在本发明的第二实施例中，参考图3，由绝缘材料构成的密封的空心壳是一个具有对称八面体外型和内腔的空心壳（4），八块形状、大小相同或基本相同的金属电极板（C1、C11、C2、C22、C3、C33、C4、C44）对称的均匀的相互分离的对称分布在空心壳（4）的外侧壁的八个平面上。
在本实施例中，空心壳（4）是由硬塑料材料构成，八块电极板（C1、C11、C2、C22、C3、C33、C4、C44）是由铜箔贴在空心壳（4）的外壁上形成。
为了进一步说明本发明的传感器，下面参考图4做进一步的说明，装在空心壳内的电解液和气体所占有的空间比例会影响电解液和气体的交界面的大小，选择电解液和气体所占有的空间比例要使得电解液和气体的交界面（S）在任意一块电极板（C）位于该交界面之上或之下的一个位置上时，该交界面能够包容下该块电极板（C），即指该交界面（S）要包含下该块极板在交界面（S）上的投影面（C′）。
图5所示为由本发明的水泡电容式双座标方向倾斜角度传感器构成的角度测量装置的实施例的说明图，下面参考图5进一步说明本发明的传感器。本实施例所述的角度测量装置是由本发明的传感器和一个电路（5）构成。
在本实施例中，传感器上安装了一个支撑平台（6），平台（6）具有一个做为检测平面的平面型底平面（7），传感器上的八块电极板（C1、C11、C2、C22、C3、C33、C4、C44）由导线（L1、L11、L2、L22、L3、L33、L4、L44）连接到电路（5）的输入端（E1、E11、E2、E22、E3、E33、E4、E44）上;连接在输入端（E1、E11）之间的电极板（C1、C11）构成电容F1，连接在输入端（E2、E22）之间的电极板（C2、C22）构成电容F2，连接在输入端（E3、E33）之间的电极板（C3、C33）构成电容F3，连接在输入端（E4、E44）之间的电极板（C4、C44）构成电容F4。
电路（5）由频率振荡电路（A1、A2、A3、A4）、频率电压转换电路（B1、B2、B3、B4）、减法电路（D1、D2）、模数转换电路（H1、H2）、输出电路（K）构成。
频率振荡电路（A1、A2）分别输出其频率对连接在其输入端（E1、E11、E3、E33）之间的电容F1、F3敏感的电信号（f1、f3）;频率振荡电路（A3、A4）分别输出其频率对连接在其输入端（E2、E22、E4、E44）的电容F2、F4敏感的电信号（f2、f4）;
频率电压转换电路（B1、B2）分别输出其电压幅值对来自频率振荡电路（A1、A2）的电信号（f1、f3）的频率敏感的电压信号（V1、V3）;频率电压转换电路（B3、B4）分别输出其电压幅值对来自频率振荡电路（A3、A4）的电信号（f2、f4）的频率敏感的电压信号（V2、V4）。
减法电路（D1）将来自频率电压转换电路（B1、B2）的电压信号（V1、V3）进行减法处理，输出对电压信号（V1、V3）的差值敏感的电压信号（△V1）;减法电路（D2）将来自频率电压转换电路（B3、B4）的电压信号（V2、V4）进行减法处理，输出对电压信号（V2、V4）的差值敏感的电压信号（△V2）;模数转换电路（H1、H2）分别将来自减法电路（D1、D2）的电压信号（△V1、△V2）转换为数字量信号（G1、G2）输入到输出电路（K）上。
为了进一步说明本实施例，建立一个X、Y、Z三维座标、一个X′、Y′、Z′三维座标，传感器的支撑平台的底平面（7）与X轴、Y轴所在平面平行，X′轴、Y′轴所在平面与水平面平行。
当传感器的支撑平台的底平面（7）与水平面平行时，电容F1与电容F3的差值为零，电容F2与电容F4的差值为零，减法电路（D1、D2）输出的电压信号（△V1、△V2）均为零电压信号，模数转换电路（H1、H2）输出的数字量信号指示零。〔注：由于种种原因，如电极板的形状、大小不同或传感器与支撑平台的安装位置问题，电容F1与电容F3的差值可能不为零，电容F2与电容F4的差值可能不为零，这时，减法电路（D1、D2）输出的电压信号（△V1、△V2）不为零。为了使得输入到输出电路（K）中的电压数字量信号（G1、G2）为零，可以在减法电路（D1、D2）与模数转换电路（H1、H2）之间或模数转换电路（H1、H2）与输出电路（K）之间加入调零电路减除该差电压，使得输入到输出电路（K）中的电压数字量信号（G1、G2）为零。〕
当传感器的支撑平台的底平面（7）与水平面成角度时，如：Y座标轴与Y′座标轴成角度、电极板（C2、C22）之间的电解液增加时，电容F2增加电容值△C，电极板（C4、C44）之间的电解液减少，电容F4减少电容值△C，电容F2、F4的差值为2倍△C，这时输出电路（K）接收到来自模数转换电路（H2）的反映该角度变化的电压数字量信号（G2）;又如：X座标轴与X′座标轴成角度，电极板（C1、C11）之间的电解液减少时，电容F1减少△C，电极板（C3、C33）之间的电解液增加，电容F3增加△C，电容F1、F3的差值为2倍△C，这时输出电路（K）接收到来自模数转换电路（H1）的反映该角度变化的电压数字量信号（G1）。
如果输出电路（K）采用一个数字显示电路，将来自模数转换电路（H1、H2）的反映角度变化的电压数字量信号显示出来，这就构成了具有数字显示功能的水平仪。
如果输出电路（K）采用一个计算机系统，将来自模数转换电路（H1、H2）的反映角度变化的电压数字量信号进行计算机处理，就构成了用于平面倾斜角度的自动控制或数据分析的角度分析或控制装置。