【技术实现步骤摘要】
基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置及监测方法
[0001]本专利技术涉及工程监测领域,尤其涉及一种基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置及监测方法。
技术介绍
[0002]工程监测是工程施工过程中必不可少的程序之一,工程监测的准确性、实时性直接影响工程施工过程中的安全性,其中工程变形监测尤为重要。以隧道工程为例,在隧道施工过程中,当发生较大变形时,需要及时采取措施来进行治理,如果变形监测不及时,就有可能引起隧道的垮塌,影响施工进度,甚至造成人员伤亡。目前隧道变形监测方法主要是通过人工进行监测,利用收敛尺、全站仪等设备对隧道断面的“监测点”进行测量,这种传统的监测方法设备操作不便,监测数据间断,依赖人工,具有众多的局限性,无法进行长期自动化的监测。
[0003]随着传感器技术的发展,人们开始尝试将倾角传感器这类角度传感器应用于工程变形监测中,出现了以巴塞特系统为代表的基于倾角传感器的隧道变形监测方法,但其所用倾角传感器的体积较大,结构复杂,造价高,安装不便,占用的工作面积大,无法大规模推广使用。
技术实现思路
[0004]为解决上述技术问题,本专利技术设计了一种基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置及监测方法。
[0005]本专利技术采用如下技术方案:
[0006]一种基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置,包括外壳,外壳内设置有三轴磁场传感器、三轴加速度传感器、温度传感器、MCU、CAN收发器和电源模块,MCU为传感装置的主控芯片和计算芯片;三轴加速度传感器、三轴磁场传感器 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置,包括外壳,其特征是,所述外壳内设置有三轴磁场传感器、三轴加速度传感器、温度传感器、MCU、CAN收发器和电源模块,MCU为传感装置的主控芯片和计算芯片;三轴加速度传感器、三轴磁场传感器和温度传感器与MCU相连,温度传感器用于实时感应环境温度,三轴加速度传感器和三轴磁场传感器用于感应装置的加速度和所在位置的地磁场在X、Y、Z三个方向上的分量;电源模块与MCU和CAN收发器相连,为电路元件进行供电,姿态角传感装置上还包括有激光测距系统。2.根据权利要求1所述的基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置的监测方法,其特征是,姿态角传感装置的姿态角解算方法是基于数学空间几何中的三维坐标转换原理;首先,定义传感器坐标系和地理坐标系,通过有限次转动实现两个三维空间坐标的变换,根据转动的角度即可计算出姿态角传感装置的姿态角变化;传感器坐标系和地理坐标系之间变换矩阵R可由下式表述:式中:θ,φ,分别代表三个方向上转动的角度。设三轴加速度传感器在X、Y、Z三个方向上的测量值为A
x
、A
y
、A
z
;三轴磁场传感器在X、Y、Z三个方向上的测量值为B
x
、B
y
、B
z
;地磁场矢量在地理坐标系三轴上的分量为B
0x
、B
0y
、B
0z
;根据坐标转换原理求解可得姿态角的计算公式为:解可得姿态角的计算公式为:解可得姿态角的计算公式为:3.根据权利要求1所述的基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置,其特征是,各个姿态角传感装置的CAN收发器组成CAN总线,各个姿态角传感装置之间通过CAN总线进行通讯。4.根据权利要求1所述的基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置,其特征是,所述外壳由高强度树脂进行灌封形成。5.根据权利要求1所述的基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置,其特征是,所述激光测距系统主要由激光收发模块和反射板组成,激光收发模块用于激光的发射和反射激光的接收,并采用串口通信。6.根据权利要求1所述的基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置,其特征是,所述姿态角传感装置上预留有外接口,可以根据需要添加其它传感器,如湿度传感器、振动传感器等。7.一种如权利要求1
‑
6任一项所述的基于地磁场和重力场感知的姿态角传感装置的监测方法,其特征是,可以用于隧道变形监测,其方法为:
S1、以隧道的两个拱脚作为起点和终点...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈晓斌,王风栋,王晅,金亮星,吕鑫龙,虞洪,吴梦黎,王业顺,喻昭晟,王密,
申请(专利权)人:中南大学,
类型:发明
国别省市:
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