專利名稱：自動進行零位補償?shù)膬A角測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
魷娜本實用新型涉及一種傾角測 置，更具體地說，本實用新型涉及一種具有自動補償功能的傾角測皿置，其會^^在無需標 t7jC平工作臺的情況下，對由于組^^其它原因而形成的雞偏差進行自動彬嘗。 背景獄在機械、離、汽車、石油、 和電力等工纖域，常常要^ll確測量 平面相對水平方向的傾角，為狀態(tài)監(jiān)測^^^帝§|#^制 。公開號為CN1003344A、 CN1013063A、 CN1320808A和CN1668892A的中國專利申請中分別公開了基于"液條"的傾斜角觀!lMg。其基本原理是， 測M^S包括兩個測量電極和一個公其電極，電極置于密閉的腔室內(nèi)，腔室內(nèi) 駭高介電常數(shù)液體和氣體。當測M^g處在水平面錢時，兩個電極有相等 的面積浸沒在介電液體里，由電極和公開電極構(gòu)成兩個相等的電容器；傾斜測 量儀轉(zhuǎn)動一個角度時，二個電極浸沒在液體里的面積則不相等，產(chǎn)生的電容差働iJlt^Mi!l量的fi^角的大小。公開號為CN1532523A的中國辨l伸請公開了一體于"固鵬"的艦式水平及角度測量儀，其包括外殼和角度測^s，角度測a^s為電容角度測量傳麟，外殼與電容角度測量儀的主柵或高娜固連，外殼內(nèi)腔中還有一個 始終自動回復^f在重力垂直狀態(tài)的重力垂直裝置，重力垂直裝置與電容角 度測量儀的副柵^i柵固連并同軸轉(zhuǎn)動；外^Jl還設(shè)有一個用于決定鄉(xiāng)^f皿 的精密位置開關(guān)，重力垂直，由重錘、^:軸和浮筒構(gòu)成，浮筒的位置和形 狀為沿重錘中垂軸軸對稱。此外，公告號為CN2492832Y、 CN2530245Y、 CN2624179Y和CN2684149Y的中國專利申請分別公開了不同結(jié)構(gòu)的基于"固 鵬"的傾角測S^S，它們都JiM^測由傾角改^^弓胞電阻、電容或電 感等錄的變棘獲鄉(xiāng)離果。公告號為CN2335125Y、 CN2505806Y、 CN2509562Y、 CN2575607Y、CN2622676Y、 CN2760507Y和CN2738204Y的中國專利申請分別公開了集成有 不同類型傳繊的傾角測量儀器或儀表，戰(zhàn)產(chǎn)品具有諸如電源部分、顯示部 分之類的多種外圍,，可1)(1 示出測 ^果。然而，J^現(xiàn)有fe^沒有涉及怎薦對lS^fi的^^偏差進行自動W嘗。a^f周知，各種測^g在裝iei程中，《,保證測s^a的測量面與傳麟 的敏,之間鄉(xiāng)樹平行，即存在一定的雜偏差。因此，測s^s在^頓之前 必須進行校準，以對，偏差進行補償?，F(xiàn)有技術(shù)中補償，偏差常用的方法 是將裝配好的測s^皿于標準的水平工作臺面上，測量皿出結(jié)果，隨后 或者對傳麟的隨進t預(yù)整，或者對輸出值進行補償，以消除雜偏差。此 過繊作鋭，效報低，不適合規(guī)量妒。發(fā)明內(nèi)容本實用新型旨在皿一種具有自動豐M嘗功能的傾角測M^g，其會辦在無 需標m/K平工作臺的情況下，對由于組皿其他原因而形成的^^偏差進行自 動彬嘗。為達到上述目的，本實用新型提供了一種傾角測難置，其包括基座、傾角傳麟、A/D轉(zhuǎn)換器、電機、微處理器和數(shù)字輸出接口，其中基座上具有測量 難面，A/D轉(zhuǎn)換器采集傾角傳繊的輸出電壓，并將其結(jié)果輸送至微處理器， 微處理器基f待定的函數(shù)關(guān)系根據(jù)傾角傳感器的輸出電壓計算出測量基準面與水平面之間的傾角，戶;M傾角測^g還包括旋轉(zhuǎn)圓盤，旋轉(zhuǎn)圓盤與測量難面平行，傾角傳 固定在旋轉(zhuǎn)圓盤的邊緣位置，旋轉(zhuǎn)圓盤固定在電機的輸出 軸上，在微處理器的控制下，戶鵬電機可以帶動旋轉(zhuǎn)圓^m—健旋轉(zhuǎn)致 二皿，第二皿與第一^s相差180。。戶;M傾角傳自為基于"固^"的電容式傾角傳 。臓電機為織電機。本實用新型11^的傾角測*^§^^方便，可在無需標 i7jC平工作臺的情況下完^mm嘗。


下面參照附圖和具體鄉(xiāng)方微本實用新型進行更詳細的說明。其中
圖1所示為基于"固WS"的電容式f頃角4專自的結(jié)構(gòu)^E圖；圖2所示的示意圖示出了輸出的電信號Fo與傾角^之間的關(guān)系；圖3所示的示意圖示出了根據(jù)本實用新型的^^偏差卑嚙原理；圖4所示的示意圖進一標出了根據(jù)本實用新型的^^偏差W嘗原理；圖5所示為根據(jù)本實用新型的傾角測 ^的總體結(jié) 圖；圖6所示為旨系 1作的、 圖。圖i所禾為基于"固,"的電容式傾角傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖i中的 傾角傳^^iM知aa物糊心的鵬弓i力向量來測量傾斜角度，其包括一 個固定在殼體上的懸臂梁，懸臂梁j^接上一,極板，,極板位于兩塊固定極粒間。為便于說明，將圖l中的懸臂梁簡化為具有一定EM的彈'縣統(tǒng)。 物體m的動使懸臂梁產(chǎn)生郷，對于不同的傾角，存在與之相對應(yīng)的懸臂梁 量。隨 臂^^￡^的作用下發(fā)生變形，^極板相fflk在兩塊固定極粒間移動，、駒極板的錢變化將引起極fet間電容量的改變，測極 粒間的電容量，即可^M頃角的大小。需要指出的是，雖然此處是基于"固 鵬"的電容式傾角傳離對本實用新鵬行說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 理解，本實用新型同樣適用于基于"液體擺"或"氣體擺"及其它技術(shù)的測量如圖i所示，當傾角為^時，在物體m的動作用下而形成的軸向作用力為F=mgsin所述作用力使懸臂梁的 產(chǎn)生位移<formula>formula see original document page 5</formula>其中A:為彈性強度。可利用下式 lf&移X轉(zhuǎn)換為一個ftffi輸出量<formula>formula see original document page 5</formula>(2)其中Kp魄容變化而獲得的腿與位移x之間靴匕例系數(shù)。經(jīng)過增^^大器后的最終輸出結(jié)果Vo為<formula>formula see original document page 5</formula>圖2所示的示意圖示出了輸出的電信號Fo與傾角^之間的關(guān)系。 木匠和^X人在測量平面是否處于7jC平時，通常是利用水敏水平尺來進行測量，具體的ir法是，先將水^:水平尺放置在被測平面上，記錄在正方向時水泡的健，然而將水平尺旋轉(zhuǎn)1800，觀察在反方向時水泡的隨。如果在兩次測ftas中水泡的皿相同則表示被測平面處于水平狀態(tài)，反之則存在偏差。節(jié)際的示意圖示出了鵬本實用新型的^^偏差彬ta程;在本申請中， 假定傳感器的，軸為OA，在水平面內(nèi)與敏繊OA垂直的另一軸線為IA。下 面詳細鵬本實用新型的傾角測^S的雜W嘗過程。首先，將傾角傳自置于一個旋轉(zhuǎn)圓盤上，戶脫圓盤的表面平行于由傳感 器的軸^OA拋形成的測量平面。在第一^SPOSniON l處，記錄傳繊的 輸出電壓，然而，將圓&^180P，再次id^傳^^第二iMPOSmON 2時的輸出電壓。如果旋轉(zhuǎn)圓 于水平狀態(tài)，則在第一皿和第二位置時傳 的輸出^E將相同。如果旋轉(zhuǎn)圓^^f在的平面與水平面之間存在一定的角度4> ， 貝帷iiMEl^兩個健的輸出電壓將不同，輸出電壓之間的差值為角度4)的 函數(shù)，下面將對兩值之間的絲進4雅細描述。當旋轉(zhuǎn)圓盤處于水平狀態(tài)時，理論上傳麟的輸出電壓《軀為零。但實際 上傳^l,會有一^小的輸出^ffiVB，可將其定義為不,于傾角傳 健的輸出腿。如果節(jié)中的麟圓Mh于水平狀態(tài)，貝鵬明顯，在兩個艘 上傾角傳S^的輸出M為<formula>formula see original document page 6</formula>圖4戶^的示意圖示出了根據(jù)本實用新型的，偏差辛唯原理。假定測S^置的sm面處于水平拔態(tài)，如果由于組皿程而使得旋轉(zhuǎn)圓盤在X軸方向上與 測4^S的^i面之間存在^i偏差角4> ，則在第一皿和第二位置時的電壓輸出分別為<formula>formula see original document page 6</formula> 其中、為傳感器與水平面之間的角度為4)時的輸出電壓，將式(5) 減式(6)得:- 2從等式(7)中可以看出，Ml!l，一皿和第二,處傳^l的輸出電 壓，可以得到與零位偏差角相對應(yīng)的輸出電壓、，M3i^ (3)可容易地反算出偏#^偏差角4>，從而完^i補償。在實際應(yīng)用過程中，以下的基本剝牛必須滿足 ^一皿和第二皿時的旋轉(zhuǎn)圓 1:于同一平面內(nèi)。
在 ^唯時，J3^魏鉞iJ^g震動。 因傳^M—定的響應(yīng)時間，所以在讀取傳^^r出E&K:前，應(yīng)當使 旋轉(zhuǎn)圓盤^一^2^二 一定的時長，以使傳 的輸出達到平衡 狀態(tài)。圖5麻為鵬本實用新型的傾角測4^g的總體結(jié)離圖。本實用新型的傾角測4^g^用易于進行精確控制的皿電IW實l!J定轉(zhuǎn)圓盤的旋轉(zhuǎn)。將 傾角傳S^精Wk安^^圓盤的ii^，。 3131A/D轉(zhuǎn)換器采，位相差180°的第一皿和第二皿處的傳^Mr出電壓，微處理器對采集的iyg進行處理，^W^Mt后，MRS-232或者其他接口輸出測量面的傾角值。圖6戶標為 ^系虹作的繊圖。傾角測MSi電后，微處理器首先初 始化微電機、A/D轉(zhuǎn)換器、輸入接口和輸出接口。 iiTOH體處傳繊的輸出電壓tivi后，微^a^e制皿電機，使旋轉(zhuǎn)圓自轉(zhuǎn)i80。。延時一定時段后(例如，可以激.l-5秒)，讀麟二健處傳繊的輸出EfeMtV20然后計算 電壓V"并根據(jù)此^ffi計算出^^偏差角4)。隨后將旋轉(zhuǎn)圓飯向旋轉(zhuǎn)180。， 再7艦時一定時鵬(例如，可以劍.l-5秒)，駄正常的測量子辦。在測量 過程中，將實時測量得到的角度值減去雜偏差角4)，即可得到測量表面的真 實傾角值。
權(quán)利要求1. 一種傾角測量裝置，其包括基座、傾角傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、電機、微處理器和數(shù)字輸出接口，其中基座上具有測量基準面，A/D轉(zhuǎn)換器采集傾角傳感器的輸出電壓，并將其結(jié)果輸送至微處理器，微處理器基于特定的函數(shù)關(guān)系根據(jù)傾角傳感器的輸出電壓計算出測量基準面與水平面之間的傾角，其特征在于所述傾角測量裝置還包括旋轉(zhuǎn)圓盤，旋轉(zhuǎn)圓盤與測量基準面平行，傾角傳感器固定在旋轉(zhuǎn)圓盤的邊緣位置，旋轉(zhuǎn)圓盤固定在電機的輸出軸上，在微處理器的控制下，所述電機可以帶動旋轉(zhuǎn)圓盤從第一位置旋轉(zhuǎn)至第二位置，第二位置與第一位置相差180°。
2. 如權(quán)利要求l臓的傾角測^g，辦征在于臓頃角傳繊為基于 "固^S"的電容式f頃角傳自。
3. 如權(quán)利要求l戀臓的傾角測M^g，辦征在于:臓電機為微電機。
專利摘要本實用新型公開了一種傾角測量裝置，其包括基座、傾角傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、電機、微處理器和數(shù)字輸出接口，其中基座上具有測量基準面，A/D轉(zhuǎn)換器采集傾角傳感器的輸出電壓，并將其結(jié)果輸送至微處理器，微處理器基于特定的函數(shù)關(guān)系根據(jù)傾角傳感器的輸出電壓計算出測量基準面與水平面之間的傾角，所述傾角測量裝置還包括旋轉(zhuǎn)圓盤，旋轉(zhuǎn)圓盤與測量基準面平行，傾角傳感器固定在旋轉(zhuǎn)圓盤的邊緣位置，旋轉(zhuǎn)圓盤固定在電機的輸出軸上，在微處理器的控制下，所述電機可以帶動旋轉(zhuǎn)圓盤從第一位置旋轉(zhuǎn)至第二位置，第二位置與第一位置相差180°。本實用新型提供的傾角測量裝置使用方便，可在無需標準水平工作臺的情況下完成零位補償。
文檔編號G01C25/00GK201090970SQ20072000565
公開日2008年7月23日 申請日期2007年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日
發(fā)明者軍 張, 燕 李, 雪 潘, 超 王, 瑜 趙, 高國偉 申請人:北京信息工程學院