专利名称：一种倾斜角测量仪器及其测量方法
技术领域：
本发明涉及测量技术领域，更具体的说，本发明涉及一种倾斜角测量仪器及其测量方法。
背景技术：
倾角传感器是测量倾斜角的装置，目前许多工程应用中都需要对倾角进行测量， 并将这些测量值用于对系统的监测或控制。公开号为CN1003344A、CN1013063A、CN1320808A 和 CN1668892A 的中国专利申请中 分别公开了基于“液体摆”的倾斜角测量装置。其基本原理是，测量装置包括两个测量电极 和一个公开电极，电极置于密闭的腔室内，腔室内装有高介电常数液体和气体。当测量装置 处在水平面位置时，两个电极有相等的面积浸没在介电液体里，由电极和公开电极构成两 个相等的电容器；倾斜测量仪转动一个角度时，二个电极浸没在液体里的面积则不相等，产 生的电容差值则代表被测量的倾斜角的大小。公开号为CN1532523A的中国专利申请公开了一种基于“固体摆”的数显式水平及 角度测量仪，其包括外壳和角度测量装置，角度测量装置为电容角度测量传感器，外壳与电 容角度测量仪的主栅或副栅固连，外壳内腔中还有一个始终自动回复并保持在重力垂直状 态的重力垂直装置，重力垂直装置与电容角度测量仪的副栅或主栅固连并同轴转动；外壳 上还设有一个用于决定绝对零位的精密位置开关，重力垂直装置由重锤、支承轴和浮筒构 成，浮筒的位置和形状为沿重锤中垂轴轴对称。上述现有技术都没有涉及怎样对倾斜角测量仪器的灵敏度和零位偏差进行校准， 众所周知，由于测量电路、敏感元件等不可避免地存在温度和时间漂移，将给整个仪器引入 灵敏度漂移和零位漂移，因此，对灵敏度和零位进行校准是保证测量准确的必要工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倾斜角测量仪器，旨在解决现有的倾斜角测量仪器不 能同时实现灵敏度校准和零位校准，测量不准确的问题。本发明是这样实现的，一种倾斜角测量仪器，包括倾角传感器、A/D转换器、微处理 器和数字输出接口，其特征在于所述倾斜角测量仪器还包括支架、旋转圆盘、电机；所述倾角传感器、A/D转换器、微处理器和数字输出接口、电机之间做正确的电连 接；所述倾角传感器安装在所述旋转圆盘上；所述旋转圆盘固定在所述电机的旋转轴上，可以绕着所述电机的所述旋转轴旋转 任意角度；所述电机垂直安装在所述支架上，所述支架包括一水平面板和一垂直面板，所述 水平面板为测量基准面，所述垂直面板用于固定电机。
本发明的另一目的在于提供所述倾斜角测量仪器的测量方法。所述倾斜角测量仪 器的方法包括以下步骤所述倾斜角测量仪器上电启动，初始化；读取初始位置，即第一位置处所述倾角传感器的第一输出电压值；所述微处理器控制所述电机转动，使所述旋转圆盘垂直旋转一个标准角度，此位 置为第二位置；延时，读取所述第二位置处所述倾角传感器的第二输出电压值；由所述第二输出电压值和所述第一输出电压值的差值除以所述标准角度，计算出 所述倾角传感器的灵敏度；所述微处理器控制所述电机转动，使所述旋转圆盘再次垂直旋转到相对所述第一 位置180°的第三位置；延时，读取所述第三位置处所述倾角传感器的输出电压值；根据所述第一位置和所述第三位置所述倾角传感器的输出电压的和，计算出零位 偏差电压；延时，正式测量。本发明提供的倾斜角测量仪器使用方便，在每次上电时可以自动进行灵敏度校准 和零位校准，使测量结果更加准确。由上述技术方案可知，本发明通过将安装有倾角传感器的旋转圆盘固定在电机的 旋转轴上，电机再垂直安装在支架上，采用灵敏度校准和零位校准的方法，具有以下有益效 果1、使倾斜角测量仪器使用更加方便，上电后即可进行灵敏度校准和零位校准；2、通过一种装置就可进行两种校准，简化了倾斜角测量仪器的结构；3、倾斜角测量结果更加准确。
图1所示为基于“固体摆”的电容式倾角传感器的结构示意图；图2所示为本发明实施例提供的倾斜角测量仪器灵敏度校准和零位校准的原理 示意图；图3所示为本发明实施例提供的倾斜角测量仪器的结构框图；图4所示为本发明实施例提供的倾斜角测量仪器的测量方法流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。所谓灵敏度，就是指输出变化量与输入变化量之比，当输出与输入关系为线性时， 灵敏度退变为输出与输入之比。图1所示为基于“固体摆”的电容式倾角传感器的结构示意图。图1中的倾角传 感器通过感知通过物体轴心的地球引力向量来测量倾斜角度，其包括一个固定在壳体上的5悬臂梁，悬臂梁上连接上一活动极板，活动极板位于两块固定极板之间。为便于说明，将图1 中的悬臂梁简化为具有一定阻尼的弹性系统。物体m的重力使悬臂梁产生变形，对于不同 的倾斜角，存在与之相对应的悬臂梁变形量。随着悬臂梁在重力的作用下发生变形，活动极 板相应地在两块固定极板之间移动，活动极板的位置变化将引起极板之间电容量的改变， 通过检测极板之间的电容量，即可获知倾斜角的大小。需要指出的是，虽然此处是基于“固 体摆”的电容式倾斜角传感器对本发明进行说明，但本领域的技术人员可以理解，本发明同 样适用于基于“液体摆”或“气体摆”及其它技术的测量装置。如图1所示，当倾斜角为Φ时，在物体m的重力作用下而形成的轴向作用力为F =mgsinct，所述作用力使悬臂梁的端部产生位移χ
权利要求
1.一种倾斜角测量仪器，包括倾角传感器、A/D转换器、微处理器和数字输出接口，其 特征在于所述倾斜角测量仪器还包括支架、旋转圆盘、电机；所述倾角传感器、A/D转换器、微处理器和数字输出接口、电机之间做正确的电连接； 所述倾角传感器安装在所述旋转圆盘上；所述旋转圆盘固定在所述电机的旋转轴上，可以绕着电机的旋转轴旋转任意角度； 所述电机垂直安装在所述支架上，所述支架包括一水平面板和一垂直面板，所述水平 面板为测量基准面，所述垂直面板用于固定电机。
2.如权利要求1所述的倾斜角测量仪器，其特征在于 摆”的倾角传感器。
3.如权利要求1所述的倾斜角测量仪器，其特征在于 摆”的倾角传感器。
4.如权利要求1所述的倾斜角测量仪器，其特征在于 摆”的倾角传感器。
5.如权利要求1所述的倾斜角测量仪器，其特征在于机。
6.如权利要求1所述的倾斜角测量仪器，其特征在于□。
7.如权利要求1所述的倾斜角测量仪器，其特征在于 度在士 15°范围内。
8.一种倾斜角测量仪器的方法，所述倾斜角测量仪器包括支架、旋转圆盘、倾角传感 器、A/D转换器、电机、微处理器和数字输出接口 ；所述支架用于垂直固定所述电机，且所述 支架上含有测量基准面，所述A/D转换器采集所述倾角传感器的输出电压，并将其结果输 送至所述微处理器，所述微处理器基于特定的函数关系根据所述倾角传感器的输出电压计 算出所述测量基准面与水平面之间的倾斜角。所述倾角传感器安装在所述旋转圆盘上，所 述旋转圆盘固定在所述电机的旋转轴上，所述旋转圆盘可以绕着所述电机的所述旋转轴旋 转任意角度，其特征在于，所述倾斜角测量仪器的方法包括以下步骤所述倾斜角测量仪器上电启动，初始化；读取初始位置，即第一位置处所述倾角传感器的第一输出电压值；所述微处理器控制所述电机转动，使所述旋转圆盘垂直旋转一个标准角度到第二位置；延时，读取所述第二位置处所述倾角传感器的第二输出电压值； 由所述第二输出电压值和所述第一输出电压值的差值除以所述标准角度，计算出所述 倾角传感器的灵敏度；所述微处理器控制所述电机转动，使所述旋转圆盘再次垂直旋转到相对所述第一位置 180°的第三位置；延时，读取所述第三位置处所述倾角传感器的输出电压值；根据所述第一位置和所述第三位置所述倾角传感器的输出电压的和，计算出零位偏差 电压；延时，正式测量。
9.如权利要求8所述的倾斜角测量仪器的方法，其特征在于，所述倾角传感器为基于 “固体摆”或“液体摆”或“气体摆”的倾角传感器。
10.如权利要求8所述的倾斜角测量仪器的方法，其特征在于，所述电机为步进电机或 伺服电机。
全文摘要
本发明适用于测量技术领域，提供了一种倾斜角测量仪器及其测量方法，所述倾斜角测量仪器包括倾角传感器、A/D转换器、微处理器和数字输出接口，其特征在于，所述倾斜角测量仪器还包括支架、旋转圆盘、电机。所述倾角传感器安装在所述旋转圆盘上，所述旋转圆盘固定在所述电机的旋转轴上，所述电机垂直安装在所述支架上，所述支架包括一水平面板和一垂直面板，所述水平面板为测量基准面，所述垂直面板用于固定电机。本发明还提供所述倾斜角测量仪器的测量方法。本发明提供的倾斜角测量仪器使用方便，通过一种装置就能够实现灵敏度校准和零位校准。
文档编号G01C25/00GK102042823SQ20091018006
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月26日 优先权日2009年10月26日
发明者吴秀芹, 李倩芸, 高国伟 申请人:北京信息科技大学