專利名稱：一種傾斜角測量儀器及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，本發(fā)明涉及一種傾斜角測量儀器及其測量方法。
背景技術(shù)：
傾角傳感器是測量傾斜角的裝置，目前許多工程應(yīng)用中都需要對傾角進行測量， 并將這些測量值用于對系統(tǒng)的監(jiān)測或控制。公開號為CN1003344A、CN1013063A、CN1320808A 和 CN1668892A 的中國專利申請中 分別公開了基于“液體擺”的傾斜角測量裝置。其基本原理是，測量裝置包括兩個測量電極 和一個公開電極，電極置于密閉的腔室內(nèi)，腔室內(nèi)裝有高介電常數(shù)液體和氣體。當測量裝置 處在水平面位置時，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) 生的電容差值則代表被測量的傾斜角的大小。公開號為CN1532523A的中國專利申請公開了一種基于“固體擺”的數(shù)顯式水平及 角度測量儀，其包括外殼和角度測量裝置，角度測量裝置為電容角度測量傳感器，外殼與電 容角度測量儀的主柵或副柵固連，外殼內(nèi)腔中還有一個始終自動回復(fù)并保持在重力垂直狀 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或主柵固連并同軸轉(zhuǎn)動；外殼 上還設(shè)有一個用于決定絕對零位的精密位置開關(guān)，重力垂直裝置由重錘、支承軸和浮筒構(gòu) 成，浮筒的位置和形狀為沿重錘中垂軸軸對稱。上述現(xiàn)有技術(shù)都沒有涉及怎樣對傾斜角測量儀器的靈敏度和零位偏差進行校準， 眾所周知，由于測量電路、敏感元件等不可避免地存在溫度和時間漂移，將給整個儀器引入 靈敏度漂移和零位漂移，因此，對靈敏度和零位進行校準是保證測量準確的必要工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種傾斜角測量儀器，旨在解決現(xiàn)有的傾斜角測量儀器不 能同時實現(xiàn)靈敏度校準和零位校準，測量不準確的問題。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種傾斜角測量儀器，包括傾角傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理 器和數(shù)字輸出接口，其特征在于所述傾斜角測量儀器還包括支架、旋轉(zhuǎn)圓盤、電機；所述傾角傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器和數(shù)字輸出接口、電機之間做正確的電連 接；所述傾角傳感器安裝在所述旋轉(zhuǎn)圓盤上；所述旋轉(zhuǎn)圓盤固定在所述電機的旋轉(zhuǎn)軸上，可以繞著所述電機的所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 任意角度；所述電機垂直安裝在所述支架上，所述支架包括一水平面板和一垂直面板，所述 水平面板為測量基準面，所述垂直面板用于固定電機。
本發(fā)明的另一目的在于提供所述傾斜角測量儀器的測量方法。所述傾斜角測量儀 器的方法包括以下步驟所述傾斜角測量儀器上電啟動，初始化；讀取初始位置，即第一位置處所述傾角傳感器的第一輸出電壓值；所述微處理器控制所述電機轉(zhuǎn)動，使所述旋轉(zhuǎn)圓盤垂直旋轉(zhuǎn)一個標準角度，此位 置為第二位置；延時，讀取所述第二位置處所述傾角傳感器的第二輸出電壓值；由所述第二輸出電壓值和所述第一輸出電壓值的差值除以所述標準角度，計算出 所述傾角傳感器的靈敏度；所述微處理器控制所述電機轉(zhuǎn)動，使所述旋轉(zhuǎn)圓盤再次垂直旋轉(zhuǎn)到相對所述第一 位置180°的第三位置；延時，讀取所述第三位置處所述傾角傳感器的輸出電壓值；根據(jù)所述第一位置和所述第三位置所述傾角傳感器的輸出電壓的和，計算出零位 偏差電壓；延時，正式測量。本發(fā)明提供的傾斜角測量儀器使用方便，在每次上電時可以自動進行靈敏度校準 和零位校準，使測量結(jié)果更加準確。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過將安裝有傾角傳感器的旋轉(zhuǎn)圓盤固定在電機的 旋轉(zhuǎn)軸上，電機再垂直安裝在支架上，采用靈敏度校準和零位校準的方法，具有以下有益效 果1、使傾斜角測量儀器使用更加方便，上電后即可進行靈敏度校準和零位校準；2、通過一種裝置就可進行兩種校準，簡化了傾斜角測量儀器的結(jié)構(gòu)；3、傾斜角測量結(jié)果更加準確。


圖1所示為基于“固體擺”的電容式傾角傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為本發(fā)明實施例提供的傾斜角測量儀器靈敏度校準和零位校準的原理 示意圖；圖3所示為本發(fā)明實施例提供的傾斜角測量儀器的結(jié)構(gòu)框圖；圖4所示為本發(fā)明實施例提供的傾斜角測量儀器的測量方法流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。所謂靈敏度，就是指輸出變化量與輸入變化量之比，當輸出與輸入關(guān)系為線性時， 靈敏度退變?yōu)檩敵雠c輸入之比。圖1所示為基于“固體擺”的電容式傾角傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中的傾角傳 感器通過感知通過物體軸心的地球引力向量來測量傾斜角度，其包括一個固定在殼體上的5懸臂梁，懸臂梁上連接上一活動極板，活動極板位于兩塊固定極板之間。為便于說明，將圖1 中的懸臂梁簡化為具有一定阻尼的彈性系統(tǒng)。物體m的重力使懸臂梁產(chǎn)生變形，對于不同 的傾斜角，存在與之相對應(yīng)的懸臂梁變形量。隨著懸臂梁在重力的作用下發(fā)生變形，活動極 板相應(yīng)地在兩塊固定極板之間移動，活動極板的位置變化將引起極板之間電容量的改變， 通過檢測極板之間的電容量，即可獲知傾斜角的大小。需要指出的是，雖然此處是基于“固 體擺”的電容式傾斜角傳感器對本發(fā)明進行說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明同 樣適用于基于“液體擺”或“氣體擺”及其它技術(shù)的測量裝置。如圖1所示，當傾斜角為Φ時，在物體m的重力作用下而形成的軸向作用力為F =mgsinct，所述作用力使懸臂梁的端部產(chǎn)生位移χ
權(quán)利要求
1.一種傾斜角測量儀器，包括傾角傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器和數(shù)字輸出接口，其 特征在于所述傾斜角測量儀器還包括支架、旋轉(zhuǎn)圓盤、電機；所述傾角傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器和數(shù)字輸出接口、電機之間做正確的電連接； 所述傾角傳感器安裝在所述旋轉(zhuǎn)圓盤上；所述旋轉(zhuǎn)圓盤固定在所述電機的旋轉(zhuǎn)軸上，可以繞著電機的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)任意角度； 所述電機垂直安裝在所述支架上，所述支架包括一水平面板和一垂直面板，所述水平 面板為測量基準面，所述垂直面板用于固定電機。
2.如權(quán)利要求1所述的傾斜角測量儀器，其特征在于 擺”的傾角傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的傾斜角測量儀器，其特征在于 擺”的傾角傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的傾斜角測量儀器，其特征在于 擺”的傾角傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的傾斜角測量儀器，其特征在于機。
6.如權(quán)利要求1所述的傾斜角測量儀器，其特征在于□。
7.如權(quán)利要求1所述的傾斜角測量儀器，其特征在于 度在士 15°范圍內(nèi)。
8.一種傾斜角測量儀器的方法，所述傾斜角測量儀器包括支架、旋轉(zhuǎn)圓盤、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 ；所述支架用于垂直固定所述電機，且所述 支架上含有測量基準面，所述A/D轉(zhuǎn)換器采集所述傾角傳感器的輸出電壓，并將其結(jié)果輸 送至所述微處理器，所述微處理器基于特定的函數(shù)關(guān)系根據(jù)所述傾角傳感器的輸出電壓計 算出所述測量基準面與水平面之間的傾斜角。所述傾角傳感器安裝在所述旋轉(zhuǎn)圓盤上，所 述旋轉(zhuǎn)圓盤固定在所述電機的旋轉(zhuǎn)軸上，所述旋轉(zhuǎn)圓盤可以繞著所述電機的所述旋轉(zhuǎn)軸旋 轉(zhuǎn)任意角度，其特征在于，所述傾斜角測量儀器的方法包括以下步驟所述傾斜角測量儀器上電啟動，初始化；讀取初始位置，即第一位置處所述傾角傳感器的第一輸出電壓值；所述微處理器控制所述電機轉(zhuǎn)動，使所述旋轉(zhuǎn)圓盤垂直旋轉(zhuǎn)一個標準角度到第二位置；延時，讀取所述第二位置處所述傾角傳感器的第二輸出電壓值； 由所述第二輸出電壓值和所述第一輸出電壓值的差值除以所述標準角度，計算出所述 傾角傳感器的靈敏度；所述微處理器控制所述電機轉(zhuǎn)動，使所述旋轉(zhuǎn)圓盤再次垂直旋轉(zhuǎn)到相對所述第一位置 180°的第三位置；延時，讀取所述第三位置處所述傾角傳感器的輸出電壓值；根據(jù)所述第一位置和所述第三位置所述傾角傳感器的輸出電壓的和，計算出零位偏差 電壓；延時，正式測量。
9.如權(quán)利要求8所述的傾斜角測量儀器的方法，其特征在于，所述傾角傳感器為基于 “固體擺”或“液體擺”或“氣體擺”的傾角傳感器。
10.如權(quán)利要求8所述的傾斜角測量儀器的方法，其特征在于，所述電機為步進電機或 伺服電機。
全文摘要
本發(fā)明適用于測量技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種傾斜角測量儀器及其測量方法，所述傾斜角測量儀器包括傾角傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器和數(shù)字輸出接口，其特征在于，所述傾斜角測量儀器還包括支架、旋轉(zhuǎn)圓盤、電機。所述傾角傳感器安裝在所述旋轉(zhuǎn)圓盤上，所述旋轉(zhuǎn)圓盤固定在所述電機的旋轉(zhuǎn)軸上，所述電機垂直安裝在所述支架上，所述支架包括一水平面板和一垂直面板，所述水平面板為測量基準面，所述垂直面板用于固定電機。本發(fā)明還提供所述傾斜角測量儀器的測量方法。本發(fā)明提供的傾斜角測量儀器使用方便，通過一種裝置就能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏度校準和零位校準。
文檔編號G01C25/00GK102042823SQ20091018006
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者吳秀芹, 李倩蕓, 高國偉 申請人:北京信息科技大學(xué)