专利名称：基于Android平台手机的便携式振动测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械振动测量装置技术领域，具体涉及一种基于Android平台手机的便携式振动测量仪。
背景技术：
机械振动是物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动。机械振动对于大多数的工业机械、工程结构及仪器仪表是都有害的，振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失效，振动分析和振动设计已成为产品设计中的一个关键环节。机械振动是一种物理现象，而不是一个物理参数，振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度、加速度、加加速度，所以振动测试是对这些振动量的检测，用以反映振动的强弱程度。振动测量的分类方法有多种，依据测量的原理可以分为机械法、电测法和光电结合测量法；依据测振传感器与被测物接触与否，可以分为接触测量和非接触测量；依据振动传感器原理的不同，又可以分为加速度型、速度型和位移变化检测型三种，其中加速度型和速度型属于接触型测量，使用时将其固定在被测物体上，位移变化检测型属于非接触测量型，使用时无须安装在被测物体上。传统的基于嵌入式系统的振动测量系统包括传感器、嵌入式硬件、嵌入式软件三部分；其中传感器部分设计包括传感部分、传感部分输出信号的放大、调理、滤波、A/D转换等模块等；嵌入式硬件设计包括嵌入式微处理器、内部总线、I/O 口、ROM、RAM、通用接口、键盘、显示屏等部件的选择和配置；嵌入式软件包括中间层、软件层、功能层程序，中间层设计BSP/HAL硬件抽象层/板级升级包，实现底层硬件驱动；软件层包括实时操作系统移植，负责文件管理、任务管理、图形用户接口等；功能层设计为用户的应用程序的编写，一般对采集到的数据进行滤波、计算，将处理结果发送到上位机或者显示给用户；这种传统的基于嵌入式系统的振动测量系统的开发需要同时进行传感器、嵌入式硬件及嵌入式软件的设计，设计和制造的成本高、工作量大、周期长，产品的软硬件兼容性差。Android是以 Google 为首的开放手机联盟(Open Handset Alliance-OHA)于 2007年推出的基于Linux平台的开源操作系统，Android采用了软件层叠的架构,包括以Linux为核心的底层、以函数库和虚拟机为主的中间层以及应用为主的上层；底层和中间层主要由C或C++开发，上层应用主要由JAVA编写；Android优于其他嵌入式软件平台的一个方面就是方便地支持多种集成传感器，可以感应包括手机姿态、加速度、磁场、光强、温度、压力等多种物理量的变化，传感器芯片内嵌传感器和A/D转换电路，可直接以SPI或者I2C线路输出数字信号；Android SDK在移动设备中提供了各种各样的传感器的API，可轻易访问设备底层硬件，包括设置传感器的量程、分辨率、准确度、读取测量数据等，而不必用汇编、C和C++等编程语言与底层硬件进行交互，也不用理解硬件系统内部工作机制和细节，具有硬件平台无关性；Android平台的应用软件采用JAVA语言进行开发，应用软件具有软件平台无关性。
实用新型内容本实用新型旨在应用Android平台手机对集成传感器的支持，提供一种采用接触测量、加速度型测量方式的基于Android平台手机的便携式振动测量仪，以克服现有技术中存在的问题。所述的基于Android平台手机的便携式振动测量仪，其特征在于包括CPU及与CPU连接配合的姿态测量模块、姿态调整模块、加速度测量模块、传感器标定模块、振动测量数据处理模块。所述的基于Android平台手机的便携式振动测量仪，其特征在于所述的姿态调整模块包括连接配合的支撑架和一组支撑脚，支撑脚的底端连接设置调整螺母，支撑架上连接设置用于固定手机本体的弹簧扣。所述的基于Android平台手机的便携式振动测量仪，其特征在于还包括与CPU连接配合的显示模块、输出模块。上述的基于Android平台手机的便携式振动测量仪，构思新颖、结构合理，充分应用Android平台手机对集成传感器的支持，可通过调用Android平台手机的传感器应用程序编程接口，控制内置的姿态传感器芯片、加速度传感器芯片可实现水平位置调整、测量方向调整、传感器标定，加速度信号的采集等，并由Android平台手机具有的高分辨率可提高检测数据的准确度，同时检测过程简单，又便于携带，成为一种高精度、低成本的物体振动参数测量仪器。
图1为本实用新型结构示意图；图2为所述姿态调整模块结构示意图；图中1 一 CPU、2 —姿态测量模块、3 —姿态调整模块、3a —支撑架、3b —支撑脚、3c 一调整螺母、3d —弹簧扣、4 一加速度测量模块、5 —传感器标定模块、6 —振动测量数据处理模块、7 —显不模块、8 —输出模块、9 一手机本体
具体实施方式
现结合说明书附图，详细说明本实用新型的具体实施方式
图1、2所示为基于Android平台手机的便携式振动测量仪,包括CPUl及与CPUl连接配合的姿态测量模块2、姿态调整模块3、加速度测量模块4、传感器标定模块5、振动测量数据处理模块6、显示模块7、输出模块8，CPUl及姿态测量模块2、姿态调整模块3、加速度测量模块4、传感器标定模块5、振动测量数据处理模块6、显示模块7集成在基于Android平台的手机本体9内，输出模块8集成在手机本体9内或手机本体9上设置连接装置与输出模块8连接。上述实施例中，姿态测量模块2包括姿态传感器，用于测量手机本体的方位变化，具体用于测量手机本体在地平坐标系中的姿态参数，包括Azimuth角、Pitch角和Roll角；姿态调整模块3用于调整手机本体的位置，包括连接配合的支撑架3a和一组支撑脚3b，支撑脚3b的底端连接设置调整螺母3c，支撑架3a上连接设置用于固定手机本体9的弹簧扣3d ;加速度测量模块4包括加速度传感器，用于测量手机本体在局部笛卡尔直角坐标系中的三轴加速度；传感器标定模块5利用手机本体9水平静置时竖直加速度与标准重力加速度的比值作为加速度测量值的修正系数实现对加速度测量模块4的标定；振动测量数据处理模块6用于设置参数和分析获得振动测量结果，包括参数设置模块、振动分析模块、检测报告生成模块，参数设置模块用于设置振动测量参数、振动测量结果参数、系统参数，其中振动测量参数包括测量量程、采样频率、分辨率、测量精度、标准重力加速度，振动测量结果参数包括振动加加速度、加速度、速度、位移、A95、V95、振动峰峰值、速度峰峰值；系统参数包括触发方式、测量时间、测量数据保存位置；振动分析模块包括将采集到的加速度对时间积分获得被测体振动的速度数值，将该速度数值对时间积分获得被测体的位移信息，通过绘图程序获得加速度、速度、位移的时间变化曲线，计算分析获得振动参数A95、V95、振动峰峰值、速度峰峰值，检测报告生成模块用于将检测分析结果按设定的格式与要求显示或输出；显示模块7用于在手机本体9的显示屏中显示测量与分析结果，输出模块8包括SD卡、蓝牙连接模块中的一种或两种，SD卡用于直接导出检测结果，蓝牙连接模块可用于与蓝牙打印机连接，打印检测结果。应用上述的基于Android平台手机的便携式振动测量仪的检测方法，检测流程包括姿态测量、姿态调整、加速度传感器标定、加速度测量、振动分析与计算、检测结果输出，包括以下检测步骤I)将手机本体9显示屏向上静置，通过姿态测量模块2测量手机本体9在地平坐标系中的三个姿态参数Azimuth角、Pitch角和Roll角；2)利用步骤I)的测量数据，通过姿态调整模块3调整手机本体9的位置，最终使Azimuth角、Pitch角和Roll角同时为零，即将手机本体9调整至水平位置；3)在步骤2)调整所获得的水平位置，通过加速度测量模块4测量手机本体9水平静置时在局部笛卡尔直角坐标系中Z轴方向加速度，即竖直加速度；4)传感器标定模块5将步骤3)中测得的竖直加速度数据与实际重力加速度比较获得加速度修正系数，实现对加速度测量模块4的标定；5)将所述的振动测量仪刚性地固定在被测物体表面，调整振动测量仪使其局部笛卡尔直角坐标系方位与测量振动的方向一致；6)启动检测程序，通过加速度测量模块4实时测得手机本体9在局部笛卡尔直角坐标系中的三轴加速度；7)采用步骤4)中获得的加速度修正系数对步骤6)所测得的三轴加速度进行标定;8)振动测量数据处理模块6利用步骤7)获得的三轴加速度标定值进行分析获得振动测量结果；9)显示或输出步骤8)中所获得的测量与分析结果，即通过与CPUl连接配合的显示模块7在手机本体9的显示屏中显示测量与分析结果，或者通过与CPUl连接配合的输出模块8将测量与分析结果输送到外接设备，输出模块8包括SD卡、蓝牙连接模块中的一种或两种。上述检测步骤中所述的局部笛卡尔直角坐标系的三轴空间位置关系为当手机本体9的显示屏朝向观察者且观察者视线与显示屏垂直时，X轴方向为与显示屏平面平行的正右侧方向，y轴方向为与显示屏幕平行且与X轴垂直向上方向，z轴方向为与显示屏垂直且指向显示屏外侧方向；当手机本体9处于水平位置且其显示屏向上时，上述检测步骤I)、2)中所述的用以反映手机本体9在地平坐标系中的位置状态的Azimuth角、Pitch角和Roll角三个姿态参数具体分别为Azimuth角，即方向角，是y轴在水平面上的投影与正北方向的夹角，其取值范围是O 359°，当Azimuth角取值O。、90。、180。、270。时y轴的指向分别为北、东、南、西；Pitch角，即倾斜角，是y轴与水平面的夹角，以z轴向y轴方向移动为正，其取值范围是-180 ° 180° ；Roll角，即旋转角，是X轴与水平面的夹角，以X轴离开z轴方向为正，其取值范围是_90° 90° ;由姿态测量模块2测量获得的反映手机本体9水平位置关系的Azimuth角、Pitch角、Roll角三个姿态参数同时为零时，手机本体9处于水平位置，局部笛卡尔直角坐标系的Y轴指向地磁北极，此时手机本体9的显示屏向上，则局部笛卡尔坐标系Z轴方向与重力加速度方向相反；手机本体9处于水平静置所测取的竖直方向加速度可用于对当前环境下加速度测量模块4的标定。上述检测步骤2)中所述的姿态调整模块3包括连接配合的支撑架3a和一组支撑脚3b，支撑脚3b的底端连接设置调整螺母3c，支撑架3a上连接设置用于固定手机本体9的弹簧扣3d，通过调节支撑脚3b底端的调整螺母3c可以调节支撑架3a的位置，从而调节通过弹簧扣3d与支撑架3a固定在一起的手机本体9的位置。上述检测步骤8)中所述的振动测量数据处理模块6包括参数设置模块、振动分析模块，参数设置模块用于设置振动测量参数、振动测量结果参数、系统参数，其中振动测量参数包括测量量程、采样频率、分辨率、测量精度、标准重力加速度，振动测量结果参数包括振动加加速度、加速度、速度、位移、A95、V95、振动峰峰值、速度峰峰值；系统参数包括触发方式、测量时间、测量数据保存位置；振动分析模块包括将采集到的加速度对时间积分获得被测体振动的速度数值，将该速度数值对时间积分获得被测体的位移信息，通过绘图程序获得加速度、速度、位移的时间变化曲线，计算分析获得振动参数A95、V95、振动峰峰值、速度峰峰值。上述实施例中，参数A95指在定义的界限范围内，95%的采样数据的加速度或振动值小于或等于的值；参数V95指在定义的界限范围内，95%的采样数据的速度值小于或等于的值。
权利要求1.基于Android平台手机的便携式振动测量仪，其特征在于包括CPU(I)及与CPU(I)连接配合的姿态测量模块(2)、姿态调整模块(3)、加速度测量模块(4)、传感器标定模块(5 )、振动测量数据处理模块(6 )。
2.如权利要求1所述的基于Android平台手机的便携式振动测量仪，其特征在于所述的姿态调整模块(3)包括连接配合的支撑架(3a)和一组支撑脚(3b)，支撑脚(3b)的底端连接设置调整螺母(3c)，支撑架(3a)上连接设置用于固定手机本体(9)的弹簧扣(3d)。
3.如权利要求1所述的基于Android平台手机的便携式振动测量仪，其特征在于还包括与CPU (I)连接配合的显示模块(7)、输出模块(8)。
专利摘要基于Android平台手机的便携式振动测量仪，属于机械振动测量技术领域，包括CPU及与CPU连接配合的姿态测量模块、姿态调整模块、加速度测量模块、传感器标定模块、振动测量数据处理模块；本实用新型充分应用Android平台手机对集成传感器的支持，可通过调用Android平台手机的传感器应用程序编程接口，控制内置的姿态传感器芯片、加速度传感器芯片可实现水平位置调整、测量方向调整、传感器标定，加速度信号的采集等，并由Android平台手机具有的高分辨率可提高检测数据的准确度，同时检测过程简单，又便于携带，成为一种高精度、低成本的物体振动参数测量仪器。
文档编号G01H17/00GK202869645SQ201220525889
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者李伟忠, 韩树新, 李存岑 申请人:杭州市特种设备检测院