專利名稱：傾斜角測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傾斜角測(cè)量裝置，尤其涉及利用加速度傳感器故為敏感元件的傾斜角測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
在機(jī)械、建筑、石油、地質(zhì)和電力等工程領(lǐng)域，常常要求精確測(cè)量平面相對(duì)水平方向的傾斜角，為狀態(tài)監(jiān)測(cè)或姿態(tài)控制提供控制參數(shù)。傾斜角測(cè)量裝置大量用于操作動(dòng)作頻繁、露天等使用環(huán)境較惡劣的場(chǎng)合，因此在使用壽命、抗污染能力、可靠性與穩(wěn)定性以及低成本方面具有很高的要求。現(xiàn)有的大部分傾斜角測(cè)量裝置是以地球引力方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，基于“擺”的原理設(shè)計(jì)，常見的有“固體擺”式、“液體擺”式和“氣體擺”式。它們都是利用傾斜角度的改變引起電阻、電容或電感等參數(shù)的變化來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)精度要求大于0.1度時(shí)，“擺”式傾斜角測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在使用壽命和環(huán)境適應(yīng)性有一定的局限性。磁敏電阻型傾斜角測(cè)量裝置雖然無(wú)電氣觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，但當(dāng)使用環(huán)境中存在磁場(chǎng)干擾時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響其可靠性和精度。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型旨在提供一種利用加速度傳感器做為敏感元件的傾斜角測(cè)量裝置，其使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性好，工作穩(wěn)定可靠，精度可達(dá)到0.01度。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種傾斜角測(cè)量裝置，包括傾斜角敏感單元；信號(hào)處理單元顯示單元，其輸入端與信號(hào)處理單元相連接，顯示測(cè)量得到的傾斜角度；電源模塊，用以向各單元電路供電；測(cè)量裝置殼體，上述各部件固定在殼體內(nèi)，在其底部具有測(cè)量面，顯示單元位于與測(cè)量面相對(duì)的平面上；其特征在于所述傾斜角敏感單元是一加速度傳感器，當(dāng)其加速度敏感方向與水平方向傾斜一定角度時(shí)，其輸出信號(hào)與其在加速度敏感方向上所受的加速度成正比；信號(hào)處理電路將加速度傳感器輸出的加速度信號(hào)進(jìn)行變換處理后，輸出傾斜角信號(hào)。
上述加速度傳感器輸出與加速度成正比的模擬電壓信號(hào)。
信號(hào)處理單元包括一個(gè)低通濾波器，用以濾去信號(hào)中的高頻干擾；一個(gè)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，用將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；一個(gè)微處理器，根據(jù)輸入的加速度值計(jì)算出測(cè)量面的傾斜角；多個(gè)數(shù)字輸出接口，如CAN，RS485，RS232等，用以向其它控制設(shè)其它控制設(shè)備提供控制信號(hào)。
顯示單元可以是LED或LCD，用以顯示測(cè)量面的傾斜角。
在測(cè)量裝置的殼體上設(shè)置有兩個(gè)雙位按鍵開關(guān)，其中一個(gè)用于電源開關(guān)，另一個(gè)用于測(cè)量結(jié)果的保持。當(dāng)按下保持鍵時(shí)，顯示單元將保持顯示當(dāng)次測(cè)量結(jié)果，再次按下保持鍵，恢復(fù)實(shí)時(shí)顯示模式。
本實(shí)用新型提供的傾斜角測(cè)量裝置使用方便，環(huán)境適應(yīng)性好，工作穩(wěn)定可靠。
附圖簡(jiǎn)述下面參照附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。其中

圖1是本實(shí)用新型的電路原理框圖；圖2是本實(shí)用新型采用加速度傳感器測(cè)量?jī)A斜角的示意圖；圖3是本實(shí)用新型的外觀示意圖；圖4是本實(shí)用新型的微處理器運(yùn)行的主程序流程圖；圖5是本實(shí)用新型具體實(shí)施例電路原理圖的第一部分；圖6是本實(shí)用新型具體實(shí)施例電路原理圖的第二部分。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，傾斜角測(cè)量裝置主要由加速度傳感器7、低通濾波器2、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器5、微處理器(CPU)3、電源模塊4、顯示單元9、數(shù)字輸出接口6和保持鍵11組成。加速度傳感器7輸出的電壓信號(hào)經(jīng)低通濾波器2濾去信號(hào)中的高頻干擾，濾波器可以選用常用的有源二階低通濾波器，其上限截止頻率可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)所的要求設(shè)定為10-300Hz，在此不做詳細(xì)描述。模數(shù)轉(zhuǎn)換器5將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，可根據(jù)精度要求選用常用的12位或16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，本實(shí)施例選用的是16位的AD7705。微處理器3對(duì)整個(gè)測(cè)量裝置進(jìn)行控制，完成信號(hào)的變換和計(jì)算，將加速度傳感器輸出的加速度值轉(zhuǎn)換為傾斜角度值，并監(jiān)測(cè)保持鍵11的狀態(tài)，依據(jù)通信協(xié)議向顯示單元和數(shù)字輸出接口輸出傾斜角度信號(hào)。微處理器3選用內(nèi)部帶有程序存貯器的8位單片機(jī)AT89C51，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)，當(dāng)然也可以選用其它型號(hào)的8位或16位單片機(jī)，其主程序流程圖將在后述部分進(jìn)行介紹。顯示單元9采用16X2字符的LCD顯示模塊，處于測(cè)量模式時(shí)，實(shí)時(shí)顯示傾斜角度值，當(dāng)處于保持模式時(shí)，則鎖定顯示上次的測(cè)量結(jié)果。兩種模式的轉(zhuǎn)換通過(guò)保持鍵11進(jìn)行控制，保持鍵11為一個(gè)兩位按鍵開關(guān)，當(dāng)按下保持鍵11時(shí)，顯示單元將處于保持模式，再次按下保持鍵，恢復(fù)為測(cè)量模式。設(shè)置的數(shù)字輸出接口為RS232串行輸出口，可以根據(jù)需要增加其它標(biāo)準(zhǔn)輸出模塊，如通過(guò)CAN和RS485總線輸出，以上的數(shù)字輸出接口均可在市場(chǎng)上購(gòu)買相應(yīng)的芯片或模塊，在此不做詳細(xì)描述。
圖2為本實(shí)用新型采用加速度傳感器測(cè)量?jī)A斜角的示意圖。眾所周知，由于地球引力的作用，物體在地表面時(shí)具有垂直向下大小為1g的重力加速度。當(dāng)加速度傳感器的敏感方向與重力加速度方向一致時(shí)，其輸出值將為1g，反之則其輸出為-1g。如果敏感方向與重力加速度方向垂直，即處于水平位置，則其輸出為0。如圖2所示，當(dāng)加速度傳感器的敏感方向與水平方向呈不同的夾角時(shí)，將其輸出的加速度值進(jìn)行反正弦變換，即可求得其傾斜角度。本實(shí)用新型正是利用此原理根據(jù)加速度傳感器測(cè)量得到的加速度值來(lái)計(jì)算傾斜角度值。圖2上方所示為傳感器分別處于30°、0°、-30°三個(gè)測(cè)量位置，在敏感方向上的加速度值分別為0.5g、0g和-0.5g。圖2中12表示測(cè)量面，7表示加速度傳感器，下方的表1列出了部分傾斜角度所對(duì)應(yīng)的傳感器輸出的加速度值。

表1圖3為傾斜角測(cè)量裝置的外觀示意圖，其中殼體8采用鋁合金制造，也可采用不銹鋼或工程塑料制造。顯示單元9、電源開關(guān)10和保持鍵11位于殼體上表面；測(cè)量面位于的殼體下表面(圖中未示出)，其經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，滿足測(cè)量所需的平面度和表面粗糙度要求。
圖4是本實(shí)用新型的微處理器運(yùn)行的主程序流程圖。上電復(fù)位后，微處理器3首先對(duì)各部分進(jìn)行初始化設(shè)置，然后從模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取加速度傳感器輸出的加速度值，并采用數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中常用的5點(diǎn)3次平滑濾波程序進(jìn)行數(shù)字濾波，去除因環(huán)境干擾或讀數(shù)時(shí)通信錯(cuò)誤而引起的奇異點(diǎn)。得到有效的加速度值后，進(jìn)行反正弦變換，計(jì)算得到測(cè)量面的傾斜角度，并按照一定的通信協(xié)議從數(shù)字輸出接口輸出測(cè)量結(jié)果。接著判斷保持鍵是否按下，如果保持鍵按下處于保持模式，則進(jìn)入下一次的測(cè)量；如果處于測(cè)量模式，則向顯示單元發(fā)送新的測(cè)量?jī)A斜角度值后進(jìn)入下一次測(cè)量。
權(quán)利要求1.一種傾斜角測(cè)量裝置，其特征在于包括傾斜角敏感單元；信號(hào)處理單元顯示單元，其輸入端與信號(hào)處理電路相連接，用以顯示測(cè)量得到的傾斜角度；電源模塊，用以向各單元電路供電；測(cè)量裝置殼體，上述各部件固定在殼體內(nèi)，在其底部具有測(cè)量面，顯示單元位于與測(cè)量面相對(duì)的平面上；所述傾斜角敏感單元是一加速度傳感器，其輸出信號(hào)與其在敏感方向上所受的加速度成正比；信號(hào)處理電路將加速度傳感器輸出的加速度信號(hào)進(jìn)行變換處理后，輸出傾斜角信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的傾斜角測(cè)量裝置，其特征在于上述加速度傳感器的輸出為模擬電壓信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的傾斜角測(cè)量裝置，其特征在于信號(hào)處理單元中包括一個(gè)低通濾波器，用以濾去信號(hào)中的高頻干擾；一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；一個(gè)微處理器，根據(jù)輸入的加速度值計(jì)算出測(cè)量面的傾斜角；多個(gè)數(shù)字輸出接口，用以向其它控制設(shè)備提供控制信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的傾斜角測(cè)量裝置，其特征在于顯示單元是LED或LCD，用以顯示測(cè)量面的傾斜角。
5.如權(quán)利要求1所述的傾斜角測(cè)量裝置，其特征在于在測(cè)量裝置的殼體上設(shè)置有測(cè)量結(jié)果保持鍵，當(dāng)按下保持鍵時(shí)，顯示單元將保持顯示當(dāng)次測(cè)量結(jié)果，再次按下保持鍵，恢復(fù)為實(shí)時(shí)顯示模式。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種傾斜角測(cè)量裝置，其采用加速度傳感器作為敏感元件，主要由加速度傳感器(7)、低通濾波器(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)、微處理器(3)、電源模塊(4)、顯示單元(9)、數(shù)字輸出接口(6)和保持鍵(11)組成。加速度傳感器(7)輸出的電壓信號(hào)經(jīng)低通濾波器(2)后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，微處理器(3)對(duì)整個(gè)測(cè)量裝置進(jìn)行控制，從模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)讀取加速度值并完成信號(hào)的變換和計(jì)算，根據(jù)加速度值求得傾斜角度值。此傾斜角測(cè)量裝置使用方便，環(huán)境適應(yīng)性好，工作穩(wěn)定可靠，可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、石油、地質(zhì)和電力等工程領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01C9/00GK2738204SQ200520005790
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月10日
發(fā)明者高國(guó)偉 申請(qǐng)人:高國(guó)偉