倾角测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种倾角测量装置，其包括：十字型支架、圆盘、加速度传感器、模数转换器、微处理器。十字型支架包括横杆和纵杆，所述纵杆平行于测量倾斜角的基准面。圆盘固定在所述纵杆的一端且所述横杆通过支撑柱支撑所述圆盘。加速度传感器固定在所述圆盘的中心位置。模数转换器与所述加速度传感器相连接。微处理器与所述模数转换器相连接，用于将所述模数转换器输出的数字信号进行处理从而获得被测平面的倾斜角。根据本实用新型专利技术的倾角测量装置能够进行灵敏度和零位校准，提高测量准确度。

Inclination measuring device

【技术实现步骤摘要】
倾角测量装置
本技术是关于检测
，特别是关于一种倾角测量装置。
技术介绍
倾角传感器是测量倾斜角的装置，目前许多工程应用中都需要对倾角进行测量，并将这些测量值用于对系统的监测或控制。公开号为CN1003344A、CN1013063A、CN1320808A和CN1668892A的中国专利申请中分别公开了基于“液体摆”的倾斜角测量装置。其基本原理是，测量装置包括两个测量电极和一个公开电极，电极置于密闭的腔室内，腔室内装有高介电常数液体和气体。当测量装置处在水平面位置时，两个电极有相等的面积浸没在介电液体里，由电极和公开电极构成两个相等的电容器；倾斜测量仪转动一个角度时，二个电极浸没在液体里的面积则不相等，产生的电容差值则代表被测量的倾斜角的大小。公开号为CN1532523A的中国专利申请公开了一种基于“固体摆”的数显式水平及角度测量仪，其包括外壳和角度测量装置，角度测量装置为电容角度测量传感器，外壳与电容角度测量仪的主栅或副栅固连，外壳内腔中还有一个始终自动回复并保持在重力垂直状态的重力垂直装置，重力垂直装置与电容角度测量仪的副栅或主栅固连并同轴转动；外壳上还设有一个用于决定绝对零位的精密位置开关，重力垂直装置由重锤、支承轴和浮筒构成，浮筒的位置和形状为沿重锤中垂轴轴对称。此外，公告号为CN2492832Y、CN2530245Y、CN2624179Y和CN2684149Y的中国专利申请分别公开了不同结构的基于“固体摆”的倾角测量装置，它们都是通过检测由倾角改变所引起电阻、电容或电感等参数的变化来获得测量结果。现有技术的倾斜角测量装置都没有涉及对灵敏度和零位偏差进行校准，由于测量电路、敏感元件等不可避免地存在温度和时间漂移，将给整个仪器引入灵敏度漂移和零位漂移，因此对灵敏度和零位进行校准是保证测量准确的必要工作。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种倾角测量装置，其能够进行灵敏度和零位校准，提高测量准确度。为实现上述目的，本技术提供了一种倾角测量装置，其包括：十字型支架、圆盘、加速度传感器、模数转换器、微处理器。十字型支架包括横杆和纵杆，所述纵杆平行于测量倾斜角的基准面。圆盘固定在所述纵杆的一端且所述横杆通过支撑柱支撑所述圆盘。加速度传感器固定在所述圆盘的中心位置。模数转换器与所述加速度传感器相连接。微处理器与所述模数转换器相连接，用于将所述模数转换器输出的数字信号进行处理从而获得被测平面的倾斜角。在一优选的实施方式中，所述加速度传感器为电容式的加速度传感器。在一优选的实施方式中，所述圆盘上设置有角度刻度。在一优选的实施方式中，所述倾角测量装置还包括步进电机和步进电机驱动器。步进电机的旋转轴安装在所述纵杆的另一端；步进电机驱动器与所述步进电机相连，用于驱动所述步进电机。在一优选的实施方式中，所述步进电机驱动器的信号输入端与所述微处理器相连接，所述微处理器还用于控制所述步进电机驱动器。与现有技术相比，根据本技术的倾角测量装置，加速度传感器固定在圆盘中心位置，通过支架来支撑圆盘，转动纵杆可以带动圆盘转动。该倾斜角测量装置上电启动后首先读取第一位置的传感器芯片输出的电压值，然后转动纵杆使得圆盘转动一个标准角度θ(-15°≤θ≤15°)，这时传感器芯片相对于第一位置抬高了角度θ，延时一段时间之后，读取第二位置的传感器芯片输出电压值，将第二输出电压值与第一输出电压值的差值除以角度θ，即可以计算出传感器芯片的灵敏度值。再次转动纵杆使得圆盘转至相对第一位置180°的第三位置，延时一段时间，读取第三位置的传感器芯片输出电压值，根据第一输出电压值和第三输出电压值的和计算出传感器芯片的零位偏差电压，此后，将圆盘反向旋转180°，再次延时一定时间之后进入正式测量。通过对该倾角测量装置进行上述操作，能够进行灵敏度和零位校准，并且提高测量准确度。另外，通过增加步进电机来带动纵杆转动，可以便于控制旋转角度。此外，还将步进电机与微控制器建立连接，微控制器可以控制步进电机的操作，使得该倾角测量装置使用更加方便。附图说明图1是根据本技术一实施方式的基于“固体摆”的电容式倾角传感器的结构示意图；图2是根据本技术一实施方式的倾角测量装置的结构示意图；图3是根据本技术一实施方式的灵敏度校准和零位校准过程的示意图；图4是根据本技术一实施方式的倾角测量装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图，对本技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。为了克服现有技术的问题，专利技术人在实现本技术的过程中，针对灵敏度校准和零位校准进行了深入思考和研究。首先关于灵敏度方面，灵敏度是输出变化量与输入变化量之比，当输出与输入关系为线性时，灵敏度为输出与输入之比。专利技术人发现在±15°的倾角范围内，倾角传感器的灵敏度基本为输出与输入之比，其中，该倾角传感器包括基于“固体摆”的电容式加速度传感器12、基于“液体摆”或“气体摆”的倾角传感器。以下基于“固体摆”的电容式加速度传感器来简单说明下对灵敏度的研究过程。图1为一种基于“固体摆”的电容式倾角传感器的结构示意图。图1中的倾角传感器通过感知通过物体轴心的地球引力向量来测量倾斜角度，其包括一个固定在壳体上的悬臂梁K，悬臂梁K上连接上一活动极板C1，活动极板C1位于两块固定极板C2之间。为便于说明，将图1中的悬臂梁K简化为具有一定阻尼的弹性系统。物体m的重力使悬臂梁K产生变形，对于不同的倾斜角，存在与之相对应的悬臂梁K变形量。随着悬臂梁K在重力的作用下发生变形，活动极板C1相应地在两块固定极板C2之间移动，活动极板C1的位置变化将引起极板之间电容量的改变，通过检测极板之间的电容量，即可获知倾斜角φ的大小。如图1所示，当倾斜角为φ时，在物体m的重力作用下而形成的轴向作用力为F＝mgsinφ，所述作用力使悬臂梁K的端部产生位移x：其中k为弹性强度。可利用下式将位移x转换为一个电压输出量：其中Kp表示通过检测电容变化而获得的电压与位移x之间的比例系数。经过增益放大器U后的最终输出结果Vo为：在±15°小角度范围内测量时，可以认为Vo与φ成线性关系，即令则Sen为所述倾角传感器的灵敏度，式(4)可以简化为：VO＝Sen·φ(5)另外，关于零位校准方面，专利技术人从一种水泡尺在被测物体表面旋转180度找平的古老办法中获得启发。基于上述思考，专利技术人设计了一种倾角测量装置，其能够进行灵敏度和零位校准，提高测量准确度。图2是根据本技术一实施方式的倾角测量装置，其包括十字型支架10、圆盘11、加速度传感器12、模数转换器13、微处理器14。十字型支架10包括横杆10a和纵杆10b，纵杆10b平行于测量倾斜角的基准面。圆盘11固定在纵杆10b的一端且横杆10a通过支撑柱P支撑圆盘11，圆盘11垂直于测量倾斜角的基准面。加速度传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倾角测量装置，其特征在于，包括：十字型支架，包括横杆和纵杆，所述纵杆平行于测量倾斜角的基准面；圆盘，固定在所述纵杆的一端且所述横杆通过支撑柱支撑所述圆盘；加速度传感器，固定在所述圆盘的中心位置；模数转换器，与所述加速度传感器相连接；以及微处理器，与所述模数转换器相连接，用于将所述模数转换器输出的数字信号进行处理从而获得被测平面的倾斜角，其中，所述圆盘上设置有角度刻度；所述倾角测量装置还包括：步进电机和步进电机驱动器，所述步进电机的旋转轴安装在所述纵杆的另一端；所述步进电机驱动器与所述步进电机相连，用于驱动所述步进电机；所述步进电机驱动器的信号输入端与所述微处理器相连接，所述微处理器还用于控制所述步进电机驱动器。

【技术特征摘要】
1.一种倾角测量装置，其特征在于，包括：十字型支架，包括横杆和纵杆，所述纵杆平行于测量倾斜角的基准面；圆盘，固定在所述纵杆的一端且所述横杆通过支撑柱支撑所述圆盘；加速度传感器，固定在所述圆盘的中心位置；模数转换器，与所述加速度传感器相连接；以及微处理器，与所述模数转换器相连接，用于将所述模数转换器输出的数字信号进行处理从而获得被测平面的倾斜角，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高国伟，胡平，潘宏生，
申请(专利权)人：南京国科舰航传感科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32