[發(fā)明專利]一種高精度傾斜角測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010138575.5
• 申請(qǐng)日: 2020-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN111307115A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭建偉;周濤;韓泰然;李欣凱;陳耀輝;李靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 平頂山天安煤業(yè)股份有限公司;中國(guó)平煤神馬能源化工集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G01C9/00
• 分類號(hào): G01C9/00
• 代理公司: 鄭州裕晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 41142
• 代理人: 王瑞

1.一種高精度傾斜角測(cè)量方法，其特征在于：包括一軸加速度傳感器、兩軸加速度傳感器和三軸加速度傳感器；

所述一軸加速度傳感器，定義其傳感方向和重力速度方向一致時(shí)為零傾斜角度，則加速度傳感器的測(cè)量結(jié)果為F(θ)＝g cosθ，其中，F(xiàn)(θ)為加速度傳感器測(cè)量結(jié)果，θ為傾斜角度，g為重力加速度，

對(duì)F(θ)求導(dǎo)得：

dF/dθ＝-g sinθ，

當(dāng)θ→0時(shí)，

所述兩軸加速度傳感器，定義其傳感方向和重力加速度方向垂直時(shí)為零傾斜角度，則加速度傳感器的測(cè)量結(jié)果為F(θ)＝g sinθ，其中，F(xiàn)(θ)為加速度傳感器測(cè)量結(jié)果，θ為傾斜角度，g為重力加速度，

當(dāng)θ→π/2時(shí)，

此時(shí)傾斜角度小時(shí)測(cè)量精度高，對(duì)于兩軸加速度傳感器只能測(cè)一個(gè)方向的傾斜角，當(dāng)兩軸傾斜角傾斜時(shí)，加速度傳感器測(cè)量結(jié)果為：

F(θ_x)＝g sinθ_x，

F(θ_y)＝g sinθ_y，

首先定義兩組三軸向量：[x，y，z]為參考0傾斜向量，[u，v，r]為傾斜后的向量，設(shè)向量[z，y，z]先繞y軸傾斜θ_x’，再繞x軸傾斜θ_y’，從[x，y，z]到[u，v，r]的轉(zhuǎn)換為：

計(jì)算得到：

設(shè)x，y為水平方向，z為垂直方向，(x，y，z)＝(0，0，1)于是便有：

U＝sinθ_x’

V＝sinθ_y’cosθ_x’

r＝cosθ_x’cosθ_y’

此時(shí)u＝kF(θ_x)＝kg sinθ_x，v＝kF(θ_y)＝kg sinθ_y，所以：

θ_x＝θ_x’

Sinθ_y＝sinθ_y’cosθ_x’

而傳感器實(shí)際傾斜角為：

所述兩軸加速度傳感器測(cè)量結(jié)果為θ_x和θ_y；

所述三軸加速度傳感器的測(cè)量范圍分為兩檔，一檔傾斜角為-π/4——π/4，二擋傾斜角(-π/2——π/4)(π/4——π/2)，以F(θ_z)的值作為劃分檔次的依據(jù)，在一檔中F(θ_x)，F(xiàn)(θ_y)的分辨率很高，測(cè)量全方位，低擺幅傾斜角，運(yùn)用Cosθ＝cosθ_x’cos來(lái)計(jì)算傾斜角，在二檔中F(θ_z)的分辨率都很高，測(cè)量全方位，高傾斜角度的傾斜角，運(yùn)用F(θ)＝g cosθ可以計(jì)算傾斜角度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度傾斜角測(cè)量方法，其特征在于：所述兩軸加速度傳感器測(cè)量精度有限，當(dāng)θ_x或θy越接近±π/2時(shí)，分辨率越低，只有在傾斜角度接近0時(shí)分辨率最高。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度傾斜角測(cè)量方法，其特征在于：所述兩軸加速度傳感器的一個(gè)傳感方向與重力方向垂直，另一傳感方向與重力方向平行，加速度傳感器測(cè)量結(jié)果為：

F(θ_x)＝g cosθ_x

F(θ_y)＝g sinθ_y

此時(shí)θ為單方向上全擺動(dòng)傾斜角度。