[發明專利]一種便攜式的數字化高精度傾角測量儀及測量方法

無效

• 申請號: 201010175336.3
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN101839711A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 馬思樂;陳曉軍;劉海法;郝增奔;李璐
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01C9/00
• 分類號: G01C9/00
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種便攜式的數字化高精度傾角測量儀及測量方法。

背景技術

在建筑，橋梁建設等行業里，傾角的測量是必備的一個環節。有很多情況下，還在使用傳統的傾角測量工具，這種工具往往是指針式的，操作人員在讀數的時候往往需要估讀，再加上指針式傾角測量工具本身的精度不夠高，使得測量結果有著比較大的偏差，而且這種測量工具往往體積比較大，攜帶非常不方便。現在市場上也有一些數字式的傾角測量儀，可以數字化的顯示測量結果。這些測量儀在測量原理上采用搖擺式測量方法，缺點是敏感質量存在慣性，使得測量儀抗摔，抗震動性能和實時性不夠好，在震動比較強烈等環境中使用的時候測量結果就不穩定；測量結果容易受溫度的影響，必須進行復雜的溫度補償算法，而且有的產品的補償算法往往是近似估計，沒有考慮到不同溫度影響的程度；有的產品采用單片機內部的A/D轉換模塊進行模數轉換，而不是獨立的模數轉換模塊，精度往往不夠高；也有產品雖然用了單獨的模數轉換模塊，但是電源部分沒有經過精確處理，電源部分有波動，模數轉換模塊精度就遠遠達不到所標稱的精度，而且電源的穩定性對傳感器的精度也有很大影響，電源有波動也會導致傳感器精度達不到所標稱的精度。

發明內容

為了克服現有的傾角測量裝置的不足，本發明采用如下技術方案：

一種便攜式的數字化高精度傾角測量儀，該傾角測量儀包括依次連接的傳感器、轉換模塊、控制器和顯示模塊；所述的傳感器為雙軸重力加速度傳感器，雙軸重力加速度傳感器內還設有溫度傳感器；所述的轉換模塊為A/D轉換模塊。

所述的A/D轉換模塊采用16位A/D轉換芯片。

所述的雙軸重力加速度傳感器的雙軸為X軸和Y軸，并且X軸和Y軸互相垂直。

所述雙軸重力加速度傳感器的傾角測量范圍為-90°——90°。

一種便攜式的數字化高精度傾角測量儀的測量方法，該測量方法包括以下步驟：

Step1：將傾角測量儀放置在待測物體上；

Step2：重力加速度傳感器分別測量X軸和Y軸方向上重力加速度的分量，并將兩路測量信號轉換成電壓信號，送給A/D轉換模塊進行處理，之后再進行數字化濾波；

Step3：將數字化濾波后的結果通過SPI通訊方式傳輸給控制器進行處理；

Step4：控制器利用溫度傳感器對測量結果進行補償，將補償后的數值轉換成角度值用顯示器進行顯示。

在所述step2中，所述電壓信號的范圍為0-5V。

在所述step2中，X軸方向上重力加速度的分量表達式為：

?

Y軸方向上重力加速度的分量表達式為：

于是，利用，表示的正切值來求得傾斜角度β即：

?????????????

其中，為重力加速度G在X軸上的分量，為重力加速度G在X軸上的分量,g為重力加速度，為Y軸與重力加速度方向的夾角，為X軸與重力加速度方向的夾角。

在所述step4中，所述測量結果的補償過程如下：

設溫度傳感器采集到的溫度值為T,測量誤差為Offcorr,傾角測量取值為Tempvalue,而實際取值為value,則：

????

于是：

?????????????????????????

其中，Offcorr為測量誤差，T為溫度值，value為傾角測量的實際取值，Tempvalue為傾角測量的測量值。

本發明的有益效果是：它采用數字化顯示，方便讀數；體積小，重量輕，功耗低，可以用電池供電，便于攜帶；測量精度高；它工作穩定，實時性好，使得傾角測量變得方便而快捷；抗摔能力和抗震動能力比較強，可以在比較惡劣的環境中使用；采用雙軸傾角測量傳感器來測量單軸方向的傾角，可以有效的抑制溫度對測量結果的影響，再加上軟件部分的濾波算法，雙重補償模式大大的抑制了溫漂的影響。

附圖說明

圖1是本發明原理結構示意圖；

圖2是傾角測量初始位置示意圖；

圖3是傾角測量儀與初始位置成一定角度的示意圖；

圖4是測量結果數字化濾波流程圖；

圖5是本裝置電路圖；

圖6是本裝置外形示意圖；

其中：1為重力加速度傳感器；2為A/D轉換模塊；3為控制器；4為顯示模塊；5為裝置外殼；6為數碼管；7為指示燈；8為電源開關。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例作進一步的說明：