本发明涉及水平仪领域，具体涉及一种基于光纤结构的水平仪。
背景技术：
水平仪是一种测量小角度的常用量具。在机械行业和仪表制造中，用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。普通的水平仪的检验必须按照相应的标准进行。检验室内的温度应为20±2℃,检验应在坚固无振动影响、并远离热源的条件下进行。检验前,必须将水平仪的各部件擦洗干净,然后将水平仪置于检验室内金属平板上,同温时间不得少于3h。一方面，测量结果影响因素过多，不准确灵敏；另一方面对外界环境的要求非常高，应用范围窄。
技术实现要素：
为解决以上问题，本发明提供了一种基于光纤结构的水平仪，该水平仪包括衬底、第一光纤、第二光纤、密封腔室、传感液体，所述第一光纤、第二光纤、密封腔室设置在衬底上，并且密封腔室设置在第一光纤和第二光纤之间，所述传感液体位于密封腔室内，传感液体与密封腔室体积比为1:10至2：3。
更进一步地，所述密封腔室为圆柱形，并且密封腔室的两个柱面分别与第一光纤、第二光纤接触。
更进一步地，所述密封腔室的直径、第一光纤的直径、第二光纤的直径相等。
更进一步地，所述传感液体为水。
更进一步地，所述传感液体为石蕊溶液。
更进一步地，所述传感液体为二硫化碳溶液。
更进一步地，在所述密封腔室的内壁上设置有贵金属膜。
更进一步地，所述传感液体为酒精。
更进一步地，所述贵金属膜仅设置在密封腔体的底部。
更进一步地，所述贵金属膜上具有垂直于光纤方向的条纹。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于光纤结构的水平仪，使用时，衬底贴附在待测物体上，当待测物体倾斜时，密封腔室内的液体也会发生倾斜，相对于水平放置的水平仪，光纤的透射光谱发生变化，所以可以根据光纤结构透射光谱的变化，来测量水平仪的倾斜角度。因为光学测量具有灵敏度高等优点，所以本发明提供的水平仪具有测量结果准确的优点。此外，在应用时，光被耦合进光纤内，其传播特性不受外界环境影响，所以，基于本原理的水平仪具有适用范围广的优点。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种基于光纤结构的水平仪的示意图，其中液体的折射率为1.33。
图2是一种基于光纤结构的水平仪的透射光谱，其中液体的折射率为1.33。
图3倾斜时一种基于光纤结构的水平仪的示意图，其中液体的折射率为1.33。
图4是倾斜时一种基于光纤结构的水平仪的透射光谱，其中液体的折射率为1.33。
图5是一种基于光纤结构的水平仪的透射光谱，其中液体的折射率为2.0。
图6是倾斜时一种基于光纤结构的水平仪的透射光谱，其中液体的折射率为2.0。
图7是带有贵金属膜的基于光纤结构的水平仪的示意图，其中液体的折射率为2.0。
图8是带有贵金属膜的基于光纤结构的水平仪的透射光谱，其中液体的折射率为2.0。
图9是倾斜时，带有贵金属膜的基于光纤结构的水平仪的示意图，其中液体的折射率为2.0。
图10是倾斜时，带有贵金属膜的基于光纤结构的水平仪的透射光谱，其中液体的折射率为2.0。
图中：1、衬底；2、第一光纤；3、第二光纤；4、密封腔室；5、传感液体；6、贵金属膜。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种基于光纤结构的水平仪，图1为该水平仪的截面图。如图1所示，该水平仪包括衬底1、第一光纤2、第二光纤3、密封腔室4、传感液体5，衬底1为硅材料，传感液体5为水。当由第一光纤2内的光经过密封腔室4后会进入第二光纤3，由于密封腔室4内的传感液体5在不同倾斜度的面上会导致进入密封腔室4的光的透射光谱发生不同的变化，通过检测由第一光纤2的光经过密封腔室4，由第二光纤3输出后的透射光谱的变化，就可以实现水平度的检测，该水平仪具有测量结果准确、抗干扰性强的优点。
图2为基于光纤结构的水平仪的透射光谱，其中传感液体的折射率为1.33。其他参数为：衬底1的高度为150纳米,宽度为800纳米；第一光纤2、第二光纤3高度均为350纳米,宽度均为225纳米；密封腔室4高度为350纳米,宽度为350纳米；传感液体5的高度为175纳米,宽度为350纳米。可以看出，当待测物体水平放置时，该水平仪透射系数很高，最高可在632纳米处达到88％。因此，可以很容易根据基于光纤结构的水平仪的透射光谱知道该水平仪是否水平，测量结果准确可靠。另外，由于该水平仪集成在光纤里面，光被耦合进光纤内，传播特性不会受外界环境影响。
进一步的，所述传感液体5可以为带颜色的液体，例如石蕊溶液，这样便于观察，从而进行更细致的测量。
进一步的，所述传感液体5的折射率越大，越有利于提高该水平仪的灵敏度，例如使用为二硫化碳溶液，硫化碳溶液，的折射率接近1.6；这样，光在经过倾斜的密封腔室4后，其透射光谱发生的变化更大，因此，只要发生微小的倾斜，就可以使得光的透射光谱发生明显的变化，这有利于提高检测的灵敏度。
进一步的，所述密封腔室的内壁上设置有贵金属膜。这样，光在密封腔室4内会产生表面等离激元共振，使得透射光谱发生更明显的变化，有利于提高检测的灵敏度。为了避免传感液体5对贵金属膜的腐蚀，可以使用酒精作为传感液体，贵金属膜使用金制成。
优先的，所述贵金属膜仅设置在水平放置时传感液体的底部。
优先的，所述贵金属膜上具有垂直于光纤方向的条纹。这样当光由第一光纤2内的传输到过密封腔室时，会产生平行于光纤方向的表面等离激元共振，只要发生微小的倾斜，平行光纤方向的表面等离激元共振就会发生明显变化，从而使得透射光谱发生变化，检测的灵敏度更高。
实施例2
在实施例1的基础上，如图3所示，为倾斜的基于光纤结构的水平仪截面图。当光通过该水平仪时，由于传感液体5向右倾斜，透射光谱相对于水平状态时会发生明显变化，可以实现对水平仪倾斜角度的测量。
图4为倾斜的基于光纤结构的水平仪透射光谱，其中传感液体为水，其折射率为1.33。其他参数为：衬底1的高度为150纳米,宽度为800纳米；第一光纤2、第二光纤3高度均为350纳米,宽度为225纳米；密封腔室4高度为350纳米,宽度为350纳米；传感液体5的高度为350纳米,底为350纳米。可以看出，当待测物体倾斜时，该水平仪内的液体倾斜，此时水平仪透射系数相对于水平放置时明显减小，最高可在632纳米处达到36％。因此，可以很容易根据基于光纤结构的水平仪的透射光谱知道该水平仪是否倾斜，测量结果灵敏。
实施例3
在实施例1的基础上，如图5所示，为水平的基于光纤结构的水平仪的透射光谱，其中传感液体的折射率为2.0。其他参数为：衬底1的高度为150纳米,宽度为800纳米；第一光纤2、第二光纤3高度均为350纳米,宽度均为225纳米；密封腔室4高度为350纳米,宽度为350纳米；传感液体5的高度为175纳米,宽度为350纳米。对比图2和图5可以看出，当传感液体折射率变大时，该水平仪透射系数发生明显变化，测量结果灵敏。
实施例4
在实施例2的基础上，如图6所示，为倾斜的基于光纤结构的水平仪透射光谱，其中传感液体的折射率为2.0。其他参数为：衬底1的高度为150纳米,宽度为800纳米；第一光纤2、第二光纤3高度均为350纳米,宽度均为225纳米；密封腔室4高度为350纳米,宽度为350纳米；传感液体5的高度为350纳米,底为350纳米。对比图4和图6可以看出，当传感液体折射率变大时，该水平仪透射系数发生明显变化，测量结果灵敏。
实施例5
在实施例1的基础上，如图7所示，是带有贵金属膜的基于光纤结构的水平仪的示意图，其中贵金属为金。
图8为带有贵金属膜的基于光纤结构的水平仪的透射光谱，其中传感液体的折射率为2.0。其他参数为：衬底1的高度为150纳米,宽度为800纳米；第一光纤2、第二光纤3高度均为350纳米,宽度均为225纳米；密封腔室4高度为350纳米,宽度为350纳米；传感液体5的高度为135纳米,宽度为350纳米。贵金属膜的高度为40纳米,宽度为350纳米。当密闭腔室底部有金属时，该水平仪透射系数发生明显变化，测量结果更加灵敏。
实施例6
在实施例2的基础上，如图9所示，是倾斜时，带有贵金属膜的基于光纤结构的水平仪的示意图，其中贵金属为金。当光由第一光纤经过密闭腔室时，会产生沿着金属膜表面的表面等离激元，这样对倾斜程度的传感会更加敏感。
图10为倾斜时，带有贵金属膜的基于光纤结构的水平仪的透射光谱，其中传感液体的折射率为2.0。其他参数为：衬底1的高度为150纳米,宽度为800纳米；第一光纤2、第二光纤3高度均为350纳米,宽度为225纳米；密封腔室4高度为350纳米,宽度为350纳米；传感液体5的高度为310纳米,底为350纳米。贵金属膜的高度为40纳米,宽度为350纳米。对比图8和图10可以看出，当底部带有贵金属膜时，水平仪水平和倾斜时的透射光谱发生明显变化，因此这样的水平仪对倾斜程度的传感更加敏感。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
1.一种基于光纤结构的水平仪，其特征在于：包括衬底、第一光纤、第二光纤、密封腔室、传感液体，所述第一光纤、第二光纤、密封腔室设置在衬底上，并且密封腔室设置在第一光纤和第二光纤之间，所述传感液体位于密封腔室内，传感液体与密封腔室体积比为1:10至2：3。
2.如权利要求1所述的基于光纤结构的水平仪，其特征在于：所述密封腔室为圆柱形，并且密封腔室的两个柱面分别与第一光纤、第二光纤接触。
3.如权利要求2所述的基于光纤结构的水平仪，其特征在于：所述密封腔室的直径、第一光纤的直径、第二光纤的直径相等。
4.如权利要求3所述的基于光纤结构的水平仪，其特征在于：所述传感液体为水。
5.如权利要求3所述的基于光纤结构的水平仪，其特征在于：所述传感液体为石蕊溶液。
6.如权利要求3所述的基于光纤结构的水平仪，其特征在于：所述传感液体为二硫化碳溶液。
7.如权利要求3所述的基于光纤结构的水平仪，其特征在于：所述密封腔室的内壁上设置有贵金属膜。
8.如权利要求7所述的基于光纤结构的水平仪，其特征在于：所述传感液体为酒精。
9.如权利要求8所述的基于光纤结构的水平仪，其特征在于：所述贵金属膜仅设置在密封腔体的底部。
10.如权利要求9所述的基于光纤结构的水平仪，其特征在于：所述贵金属膜上具有垂直于光纤方向的条纹。
技术总结