外挂式相对重力仪多功能调平系统及调平和标校方法技术方案

本发明专利技术涉及外挂式相对重力仪多功能调平系统及调平和标校方法，系统包括三角状调平装置及集成式高精度倾角仪传感器；集成式高精度倾角仪传感器与弹簧重力敏感器同轴线紧贴安装；三角状调平装置特点为：Z轴支撑调节腿为手动支撑调节腿，X轴和Y轴支撑调节腿均为自动和手动调节复合式支撑腿；三个支撑调节腿与等腰三角形调平支架垂直连接，三个支撑调节腿的中心线设置于等腰三角形的三个顶点上；两组水平指示气泡沿X轴和Y轴方向分别固装在等腰三角形调平支架上端；信号指示灯安装于等腰三角形调平支架上端；电源模块和控制电路板安装于三角形调平支架中心对称位置。本发明专利技术实现了高效、便捷和可靠的水平零位调整。便捷和可靠的水平零位调整。便捷和可靠的水平零位调整。

【技术实现步骤摘要】
外挂式相对重力仪多功能调平系统及调平和标校方法


[0001]本专利技术属于重力仪调平
，具体涉及一种外挂式相对重力仪多功能调平系统及调平和标校方法。

技术介绍

[0002]弹簧式静态相对重力仪是一种定点测量重力的高精度重力仪，需要在定点测量时保持弹簧重力敏感器处于相对水平零位状态。目前，无论是进口还是国产自研的静态相对重力仪，均采用纯手动调平三角支架实现水平零位调整。这种纯手动调平装置操作性能单一，且工作效率较低，不利于高效率和高精度重力测量。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种提高水平零位调平效率，满足多种工作需求的挂式相对重力仪多功能调平系统及调平和标校方法。
[0004]本专利技术的上述目的之一通过如下技术方案来实现：
[0005]一种挂式相对重力仪多功能调平系统，其特征在于：包括三角状调平装置及集成式高精度倾角仪传感器；所述集成式高精度倾角仪传感器与弹簧重力敏感器同轴线紧贴安装，用于精准检测重力敏感器的倾斜情况；所述三角状调平装置包括等腰三角形调平支架、两组水平指示气泡、三个支撑调节腿、控制电路板、电源模块、信号指示灯、矩形电连接器；所述三个支撑调节腿分别为X轴支撑调节腿、Y轴支撑调节腿和Z轴支撑调节腿；所述Z轴支撑调节腿为手动支撑调节腿，所述X轴支撑调节腿、Y轴支撑调节腿均为自动和手动调节复合式支撑腿；
[0006]所述三个支撑调节腿与等腰三角形调平支架垂直连接，三个支撑调节腿的中心线设置于等腰三角形的三个顶点上，X轴支撑调节腿与Z轴支撑调节腿的中心连线方向、Y轴支撑调节腿和Z轴支撑调节腿的中心连线方向分别与高精度倾角仪传感器的X轴和Y轴方向一致；所述Z轴支撑调节腿由同轴上下设置的支撑顶角和地脚构成，地脚上端为螺杆结构，在三角形调平支架的下端设置有螺纹孔，螺杆与三角形调平支架下端的螺纹孔连接，支撑顶角下端通过法兰与等腰三角形调平支架固定连接，上端为锥形顶尖结构；X轴支撑调节腿和X轴支撑调节腿采用相同的结构形式，均由同轴上下设置的自动可调顶角组件及地脚构成，自动可调顶角组件由驱动电机及顶尖杆构成，驱动电机采用空心轴电机，并在空心轴内设有内螺纹，所述顶尖杆的下端设置有外螺纹，上端为锥形顶尖结构；所述顶尖杆通过下端的外螺纹与空心轴电机的内螺纹孔形成驱动连接，所述空心轴电机与三角形调平支架的上端固定连接，X轴支撑调节腿和X轴支撑调节腿的地脚通过上端的螺纹杆与等腰三角形调平支架上的螺纹孔形成螺纹连接；
[0007]所述两组水平指示气泡沿X轴和Y轴方向分别固定安装在等腰三角形调平支架的上端，X轴和Y轴方向的水平状态；所述信号指示灯安装于等腰三角形调平支架的上端，用于指示自动调平模式下的相应状态；所述电源模块和控制电路板安装于三角形调平支架中心
对称位置，所述电源模块为控制电路板提供电能，所述控制电路板用于接重力仪的显控制系统发出的控制指令和控制驱动电机运动。
[0008]进一步的：所述控制电路板采用TM4C123系列控制器和TMC246全桥驱动器分别对X、Y轴支撑腿进行闭环式反馈调平控制；在正常测量时，当Z轴支撑腿基准高度确定后，X轴或Y轴支撑腿相对于Z轴支撑腿高度形成的倾斜位移量经高精度倾角仪传感器测得后，传输至TM4C123系列控制器，控制器按照设定的具有学习功能的神经元
‑
PID控制算法发控制信号至TMC246全桥驱动器,驱动器输出驱动信号驱动X轴或Y轴支撑腿的驱动电机正反运动，使弹簧重力敏感器达到理想的水平零位，实现自动调平。
[0009]更进一步的：采用具有学习功能的神经元
‑
PID控制算法控制驱动电机运动，在运动中学习和修正参数，学习规则如下式：
[0010]Δω
i
(k)＝η
i
·
Z(k)
·
U(k)
·
x
i
(k)
[0011]式中，η
i
表示学习速率，Z(k)表示控制系统偏差，U(k)表示控制器输出，x
i
(k)表示输入信号量，Δω
i
(k)表示学习变化增量；
[0012]基于X、Y轴支撑腿驱动电机是以某一基准零位正反转实现高度升降，神经元网络激活函数采用双曲正切激活函数，其表达式如下：
[0013][0014]式中，x为神经元网络输出，f(x)激活函数输出。
[0015]此输出激活函数以0为中心，
±
1为边界，正负域梯度和权重一样，利于算法学习和水平零位反馈控制。
[0016]本专利技术的上述目的之二通过如下技术方案来实现：
[0017]一种外挂式相对重力仪多功能调平系统的调平和标校方法，其特征在于，重力仪显控系统与三角状调平装置的控制电力板采用双向CAN总线通信；调平和标校的过程为：
[0018]当调平装置控制器收到重力仪显控系统发来的控制信号数字1时，控制器即时进入常规自动调平测量模式，并亮起红灯，当自动调平完成，亮起绿灯，提示工作人员可开始重力测量；
[0019]当调平装置控制器收到重力仪显控发来的控制信号数字2时，控制器即时进入倾斜
‑
重力关系标定模式，并亮起红灯，进行自动调平，当自动调平完成，亮起绿灯，提示工作人员可开始倾斜
‑
重力关系标定；自动调平完成10秒后，控制器向显控系统发数字指令3，显控系统收到指令后按照设定程序自动开启重力测量，同时调平装置控制器进行计时，调平装置按设定的一个重力测量时间保持水平姿态以保证重力测量无误，之后控制驱动电机按规律升降X、Y轴支撑腿高度，并在每一倾斜高度保持一个重力测量时间以保证重力测量无误，依次反复动作即可完成倾斜
‑
重力关系标定，一个标定轮回完成时亮起红灯，提示标定工作完成。
[0020]本专利技术具有的优点和积极效果：
[0021]1、本专利技术设计成自动和手动调平双模式，既满足大多数测量情况下使用自动调平模式，提高调平效率，也可满足特殊情况下使用手动模式，保证不耽误重力测量工作。双模式相互切换工作，实现高效、便捷和可靠的水平零位调整。
[0022]2、本专利技术采用三角状调平装置，可实现X、Y轴支撑腿无耦合调节，并采用神经元
‑
PID控制算法控制电机自动调节，具有自动学习能力，可实现较为理想的控制效果。
[0023]3、本专利技术设计成常规自动调平模式和倾斜
‑
重力关系自动标定模式双功能。既满足常规重力测量时启动常规自动调平模式，也可以在实验室做倾斜
‑
重力标定测试时启动倾斜
‑
重力关系自动标定模式(大批量重力仪需要标定时更能体现出此功能的优势)，可大大提高工作效率，解放劳动力。
附图说明
[0024]图1是本专利技术等腰三角形调平支架与倾角仪轴向关系示意图；
[0025]图2是本专利技术三角状调平装置的结构示意图；其中，2a为俯视图；2b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挂式相对重力仪多功能调平系统，其特征在于：包括三角状调平装置及集成式高精度倾角仪传感器；所述集成式高精度倾角仪传感器与弹簧重力敏感器同轴线紧贴安装，用于精准检测重力敏感器的倾斜情况；所述三角状调平装置包括等腰三角形调平支架、两组水平指示气泡、三个支撑调节腿、控制电路板、电源模块、信号指示灯、矩形电连接器；所述三个支撑调节腿分别为X轴支撑调节腿、Y轴支撑调节腿和Z轴支撑调节腿；所述Z轴支撑调节腿为手动支撑调节腿，所述X轴支撑调节腿、Y轴支撑调节腿均为自动和手动调节复合式支撑腿；所述三个支撑调节腿与等腰三角形调平支架垂直连接，三个支撑调节腿的中心线设置于等腰三角形的三个顶点上，X轴支撑调节腿与Z轴支撑调节腿的中心连线方向、Y轴支撑调节腿和Z轴支撑调节腿的中心连线方向分别与高精度倾角仪传感器的X轴和Y轴方向一致；所述Z轴支撑调节腿由同轴上下设置的支撑顶角和地脚构成，地脚上端为螺杆结构，在三角形调平支架的下端设置有螺纹孔，螺杆与三角形调平支架下端的螺纹孔连接，支撑顶角下端通过法兰与等腰三角形调平支架固定连接，上端为锥形顶尖结构；X轴支撑调节腿和X轴支撑调节腿采用相同的结构形式，均由同轴上下设置的自动可调顶角组件及地脚构成，自动可调顶角组件由驱动电机及顶尖杆构成，驱动电机采用空心轴电机，并在空心轴内设有内螺纹，所述顶尖杆的下端设置有外螺纹，上端为锥形顶尖结构；所述顶尖杆通过下端的外螺纹与空心轴电机的内螺纹孔形成驱动连接，所述空心轴电机与三角形调平支架的上端固定连接，X轴支撑调节腿和X轴支撑调节腿的地脚通过上端的螺纹杆与等腰三角形调平支架上的螺纹孔形成螺纹连接；所述两组水平指示气泡沿X轴和Y轴方向分别固定安装在等腰三角形调平支架的上端，用于分别测量X轴和Y轴方向的水平状态；所述信号指示灯安装于等腰三角形调平支架的上端，用于指示自动调平模式下的相应状态；所述电源模块和控制电路板安装于三角形调平支架中心对称位置，所述电源模块为控制电路板提供电能，所述控制电路板用于接收重力仪的显控制系统发出的控制指令和控制驱动电机运动。2.根据权利要求1所述的挂式相对重力仪多功能调平系统，其特征在于：所述控制电路板采用TM4C123系列控制器和TMC246全桥驱动器分别对X、Y轴支撑腿进行闭环式反馈调平控制；在正常测量时，当Z轴支撑腿基准高度确定后，X轴或Y轴支撑腿相对于Z轴支撑腿高度形成的倾斜位移量经高精度倾角仪传感器测得后，传输至TM4C123系列控制器，控制器按照设定的具有学习功能的神经元

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宗坤，仇恺，梁瑾，朱学毅，王智奇，吴畏，宋丽薇，褚宁，谭志军，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：