專利名稱：一種傾角測(cè)量裝置、方法及處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程機(jī)械領(lǐng)域，具體地，涉及一種傾角測(cè)量裝置、方法及處理器。
背景技術(shù)：
目前，工程機(jī)械領(lǐng)域所使用的傾角傳感器一般采用重力加速度敏感元件，該重力加速度敏感元件通過(guò)MEMS微機(jī)電工藝加工而成，其可測(cè)量位于傾角傳感器內(nèi)的擺錘的加速度。之后，根據(jù)該加速度、重力加速度以及三角函數(shù)關(guān)系，計(jì)算重力垂直軸與加速度靈敏軸之間的夾角，即實(shí)際的傾角。由于所述重力加速度敏感元件通過(guò)MEMS微機(jī)電工藝加工而成，其在環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)像其他集成電路一樣出現(xiàn)溫度漂移現(xiàn)象。雖然已在該傾角傳感器在出廠之前通過(guò)復(fù)雜的溫度補(bǔ)償來(lái)解決這一問題，然而在環(huán)境溫度超過(guò)一定溫度(例如，85°C)時(shí)，溫度漂移會(huì)相當(dāng)嚴(yán)重，從而導(dǎo)致傾角測(cè)量值超出一定精度范圍，導(dǎo)致該傾角傳感器無(wú)法使用。另外，由于所測(cè)量的加速度與實(shí)際的傾角成三角函數(shù)關(guān)系，S卩非線性關(guān)系，存在近似計(jì)算，故所帶來(lái)的非線性化問題會(huì)使得傾角傳感器的精度受到嚴(yán)重制約。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種傾角測(cè)量裝置、方法及處理器，該裝置、方法及處理器可解決上述采用重力加速度敏感元件的傾角傳感器所存在的溫度及精度限制，實(shí)現(xiàn)各種環(huán)境下的傾角的精確測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種傾角測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括軸；重錘， 該重錘連接于所述軸上，并于待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸繞該軸的軸心旋轉(zhuǎn)； 傳感器，用于檢測(cè)所述軸繞該軸的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)；以及處理器，與所述傳感器相連，用于接收所述角度或弧長(zhǎng)，并根據(jù)該角度或弧長(zhǎng)，計(jì)算所述傾角。本發(fā)明提供一種用于計(jì)算傾角的處理器，該處理器包括接收裝置，用于接收一軸繞該軸的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)，該軸安裝于待測(cè)對(duì)象上，且一重錘連接于所述軸上，并于所述待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸旋轉(zhuǎn)；以及計(jì)算裝置，與所述接收裝置相連， 用于根據(jù)所述角度或弧長(zhǎng)，計(jì)算所述傾角。本發(fā)明提供一種傾角測(cè)量方法，該方法包括測(cè)量一軸繞該軸的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)，該軸安裝于待測(cè)對(duì)象上，且一重錘連接于所述軸上，并于所述待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸旋轉(zhuǎn)；以及根據(jù)所述角度或弧長(zhǎng)，計(jì)算所述傾角。通過(guò)上述技術(shù)方案，采用純機(jī)械式元件實(shí)現(xiàn)傾角測(cè)量，可避免微機(jī)械式敏感元件溫度漂移大以及甚至85°C以上無(wú)法使用的問題。另外，本發(fā)明可通過(guò)測(cè)量軸在待測(cè)對(duì)象傾角變化時(shí)繞該軸的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)，根據(jù)線性公式計(jì)算出傾角，避免了微機(jī)械式敏感元件所存在的非線性化問題，提高了測(cè)量精度。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式
部分予以詳細(xì)說(shuō)明。


附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式
一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中圖1為本發(fā)明提供的傾角測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的用于傾角測(cè)量的處理器的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖3為本發(fā)明提供的傾角測(cè)量方法的流程圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明10 軸20 重錘30傳感器31拉索41接收裝置 42計(jì)算裝置100支撐點(diǎn)
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式
僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。圖1為本發(fā)明提供的傾角測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種傾角測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括軸10 ；重錘20，該重錘20連接于所述軸10上，并于待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)；傳感器30，用于檢測(cè)所述軸 10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)；以及處理器40，與所述傳感器30相連，用于接收所述角度或弧長(zhǎng)，并根據(jù)該角度或弧長(zhǎng)，計(jì)算所述傾角。在具體使用時(shí)，可將所述軸10置于待測(cè)對(duì)象(諸如工程機(jī)械上做俯仰動(dòng)作的臂架)的支撐點(diǎn)100上，從而在待測(cè)對(duì)象的傾斜角發(fā)生變化時(shí)，所述重錘20可帶動(dòng)軸10旋轉(zhuǎn)。如果所述傳感器30所測(cè)量的量為所述軸10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng)，則所述處理器40根據(jù)以下公式計(jì)算所述傾角θ = einitial+lX180/jir，其中，θ為所述傾角， Θ initial為初始傾角，1為所述軸10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng)，r為所述軸10的半徑。如果所述傳感器30所測(cè)量的量為所述軸10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)的角度，則根據(jù)以下公式計(jì)算所述傾角θ
9 initial+ ^ detected‘ 其中，θ為所述傾角，θ initial為初始傾角，9 deterted為所述軸10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)的角度。所述初始傾角可為待測(cè)對(duì)象水平放置時(shí)的傾角，即為0，亦可為待測(cè)對(duì)象處于其他位置時(shí)的傾角。最初，可對(duì)待測(cè)對(duì)象從水平放置運(yùn)動(dòng)到處于一位置時(shí)所述軸10繞該軸10 的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，利用上述公式，可計(jì)算出待測(cè)對(duì)象處于該位置時(shí)的傾角。在待測(cè)對(duì)象由所述位置運(yùn)動(dòng)到另一位置時(shí)，可根據(jù)待測(cè)對(duì)象處于該位置時(shí)的傾角(即， 所述初始傾角9initial)以及上述公式，計(jì)算待測(cè)對(duì)象處于所述另一位置時(shí)的傾角。其中，所述重錘20可通過(guò)柔性連接件連接于所述軸10上，亦可直接機(jī)械固定于所述軸10上，只要可在待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸10旋轉(zhuǎn)即可。其中，所述軸10可為圓柱體軸，亦可為圓錐體軸、微帶菱角的圓柱體軸或圓錐體軸等，本發(fā)明并不限于此，可在重錘20的拉力下繞其軸心靈活旋轉(zhuǎn)的任何軸皆可適用于此。優(yōu)選地，所述軸10與待測(cè)對(duì)象相接觸的表面涂有潤(rùn)滑油脂(例如，硅油等粘性油脂)，藉此可使該軸10更易于旋轉(zhuǎn)，提高傾角測(cè)量裝置的響應(yīng)速度及跟蹤精度。其中，所述傳感器30可為拉索式位移傳感器，該拉索式位移傳感器的拉索31纏繞于所述軸10上，從而可在軸10旋繞其軸心旋轉(zhuǎn)時(shí)，可帶動(dòng)拉索長(zhǎng)度變化，之后該拉索式位移傳感器可檢測(cè)該拉索長(zhǎng)度變化，該長(zhǎng)度變化即為所述軸10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng)。 優(yōu)選地，該軸10的用于纏繞拉索的部分具有較好的耐磨性，以避免打滑。其中，所述傳感器30可為磁電式位移傳感器，該磁電式位移傳感器的活動(dòng)部分 (諸如，齒輪盤等)安裝在所述軸10上，且隨該軸10的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，該磁電式位移傳感器的檢測(cè)部分可檢測(cè)所述活動(dòng)部分轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)(對(duì)應(yīng)于所述軸在待測(cè)對(duì)象傾角發(fā)生變化時(shí)繞其軸心旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng))。之后，可利用上述公式θ = θω&1+1Χ180/πι·計(jì)算待測(cè)對(duì)象的傾角，不同之處在于，此時(shí)r為所述活動(dòng)部分的半徑。其中，所述傳感器30可為旋轉(zhuǎn)角度傳感器，該旋轉(zhuǎn)角度傳感器安裝在所述軸10 上，且隨該軸10的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，其可測(cè)量軸10繞其軸心旋轉(zhuǎn)的角度。之后，可利用上述公
式θ = Qinitial+θ dete。ted測(cè)量待測(cè)對(duì)象的傾角。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明并不限于在此所列舉的這些傳感器，任何可實(shí)現(xiàn)對(duì)所述軸繞其軸心旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng)或角度進(jìn)行測(cè)量的傳感器皆適用于此。優(yōu)選地，所述傾角測(cè)量裝置還可包括濾波裝置，該濾波裝置連接于所述傳感器30 與所述處理器40之間，用于對(duì)輸出自所述傳感器30的信號(hào)進(jìn)行濾波，并將濾波后的信號(hào)輸出至所述處理器40。藉此可濾除噪聲，提高傾角測(cè)量精度。圖2為本發(fā)明提供的用于傾角測(cè)量的處理器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明提供了一種用于計(jì)算傾角的處理器40，該處理器40包括接收裝置41，用于接收一軸10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)，該軸10安裝于待測(cè)對(duì)象上，且一重錘20連接于所述軸 10上，并于所述待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸10旋轉(zhuǎn)；以及計(jì)算裝置42，與所述接收裝置41相連，用于根據(jù)所述角度或弧長(zhǎng)，計(jì)算所述傾角。其中所述計(jì)算裝置42根據(jù)以下公式計(jì)算所述傾角θ =或 9 9 initial+ ^ detected' 其中，θ為所述傾角，θ initial為初始傾角，1為所述軸10繞該軸10 的軸心旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng)，r為所述軸10的半徑，θ detected為所述軸10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)的角度。有關(guān)該處理器的具體描述可參照上述針對(duì)傾角測(cè)量裝置的描述，于此不再贅述。圖3為本發(fā)明提供的傾角測(cè)量方法的流程圖。如圖3所示，本發(fā)明提供了一種傾角測(cè)量方法，該方法包括測(cè)量一軸10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)，該軸10安裝于待測(cè)對(duì)象上，且一重錘20連接于所述軸10上，并于所述待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸10旋轉(zhuǎn)；以及根據(jù)所述角度或弧長(zhǎng)，計(jì)算所述傾角。其中，所述計(jì)算所述傾角通過(guò)以下公式計(jì)算所述傾角θ = θ initial+lX180/jir 9 9 initial+ ^ detected， 其中，θ為所述傾角，einitial為初始傾角，ι為所述軸 ο繞該軸
10的軸心旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng)，r為所述軸10的半徑，θ detected為所述軸10繞該軸10的軸心旋轉(zhuǎn)的角度。有關(guān)該傾角測(cè)量方法的具體描述可參照上述針對(duì)傾角測(cè)量裝置的描述，于此不再贅述。通過(guò)上述技術(shù)方案，采用純機(jī)械式元件實(shí)現(xiàn)傾角測(cè)量，可避免微機(jī)械式敏感元件溫度漂移大以及甚至85°C以上無(wú)法使用的問題。另外，本發(fā)明可通過(guò)測(cè)量軸在待測(cè)對(duì)象傾角變化時(shí)繞該軸的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)，根據(jù)線性公式計(jì)算出傾角，這樣不存在近似計(jì)算，避免了微機(jī)械式敏感元件所存在的非線性化問題，提高了測(cè)量精度。以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式
中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種傾角測(cè)量裝置，其特征在于，該測(cè)量裝置包括軸(10)；重錘(20)，連接于所述軸(10)上，并于待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸(10) 繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)；傳感器(30)，用于檢測(cè)所述軸(10)繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)；以及處理器(40)，與所述傳感器(30)相連，用于接收所述角度或弧長(zhǎng)，并根據(jù)該角度或弧長(zhǎng)，計(jì)算所述傾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾角測(cè)量裝置，其特征在于，所述處理器GO)根據(jù)以下公式計(jì)算所述傾角θ = θ initial+l XlSOAr 或 θ = θ initial+ θ detected其中，θ為所述傾角，Qinitial為初始傾角，1為所述軸(10)繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng)，r為所述軸(10)的半徑，9drte。ted*所述軸(10)繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)的角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾角測(cè)量裝置，其特征在于，所述軸(10)為圓柱體軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾角測(cè)量裝置，其特征在于，所述軸(10)與待測(cè)對(duì)象相接觸的表面涂有潤(rùn)滑油脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傾角測(cè)量裝置，其特征在于，所述傳感器(30)為拉索式位移傳感器，該拉索式位移傳感器的拉索(31)纏繞于所述軸(10)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傾角測(cè)量裝置，其特征在于，所述傳感器(30)為磁電式位移傳感器，該磁電式位移傳感器的活動(dòng)部分安裝在所述軸(10)上，且隨該軸(10)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傾角測(cè)量裝置，其特征在于，所述傳感器(30)為旋轉(zhuǎn)角度傳感器，該旋轉(zhuǎn)角度傳感器安裝在所述軸(10)上，且隨該軸(10)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傾角測(cè)量裝置，其特征在于，該傾角測(cè)量裝置還包括濾波裝置，該濾波裝置連接于所述傳感器(30)與所述處理器00)之間，用于對(duì)輸出自所述傳感器(30)的信號(hào)進(jìn)行濾波，并將濾波后的信號(hào)輸出至所述處理器00)。
9.一種用于計(jì)算傾角的處理器，其特征在于，該處理器包括接收裝置(41)，用于接收一軸繞該軸的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)，該軸安裝于待測(cè)對(duì)象上，且一重錘連接于所述軸上，并于所述待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸旋轉(zhuǎn)；以及計(jì)算裝置(42)，與所述接收裝置相連，用于根據(jù)所述角度或弧長(zhǎng)，計(jì)算所述傾角。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的處理器，其特征在于，所述計(jì)算裝置0 根據(jù)以下公式計(jì)算所述傾角θ = θ initial+l XlSOAr 或 θ = θ initial+ θ detected其中，θ為所述傾角，Qinitial為初始傾角，1為所述軸(10)繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng)，r為所述軸(10)的半徑，9drte。ted*所述軸(10)繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)的角度。
11.一種傾角測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括測(cè)量一軸(10)繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)，該軸(10)安裝于待測(cè)對(duì)象上， 且一重錘O0)連接于所述軸(10)上，并于所述待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸(10)旋轉(zhuǎn)；以及根據(jù)所述角度或弧長(zhǎng)，計(jì)算所述傾角。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算所述傾角通過(guò)以下公式計(jì)算所述傾角θ = θ initial+l XlSOAr 或 θ = θ initial+ θ detected其中，θ為所述傾角，Qinitial為初始傾角，1為所述軸(10)繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng)，r為所述軸(10)的半徑，9drte。ted*所述軸(10)繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)的角度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傾角測(cè)量裝置、方法及處理器，該測(cè)量裝置包括軸(10)；重錘(20)，該重錘(20)連接于所述軸(10)上，并于待測(cè)對(duì)象的傾角發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)所述軸(10)繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)；傳感器(30)，用于檢測(cè)所述軸(10)繞該軸(10)的軸心旋轉(zhuǎn)的角度或弧長(zhǎng)；以及處理器(40)，與所述傳感器(30)相連，用于接收所述角度或弧長(zhǎng)，并根據(jù)該角度或弧長(zhǎng)，計(jì)算所述傾角。本發(fā)明采用純機(jī)械式元件實(shí)現(xiàn)傾角測(cè)量，可避免微機(jī)械式敏感元件溫度漂移大以及甚至85℃以上無(wú)法使用的問題。另外，本發(fā)明根據(jù)線性公式計(jì)算出傾角，避免了微機(jī)械式敏感元件所存在的非線性化問題，提高了測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01C9/12GK102419170SQ20111023795
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者吳珂, 王德勝, 鄭慶華, 陳慶懷 申請(qǐng)人:中聯(lián)重科股份有限公司