一种高精度倾角仪及智能温补系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及倾角测量或倾角监测领域，具体是涉及一种高精度倾角仪及智能温补 系统。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展，世界已经逐步进入物联网时代。传感器是获取自然和工程 领域中各种信息的主要途径与技术手段，其性能好坏直接关系到测量结果的准确性和真实 性。倾角仪作为一种测量倾角的传感器，在机械、土木及各种工程中应用非常广泛。
[0003] 倾角仪中的倾角测量芯片所使用材料有其特定的温度性质，因此倾角仪在正常工 作时，会受到内部电路产生的热量和外部气温变化的影响，也会受到封装结构和材料的影 响，直接反映为倾角测量数据的温度漂移，简称温漂。申请号为201220432150. 6的中国实 用新型专利《高精度带温补倾角模块》提出：将倾角传感器和温度传感器用隔热材料封闭起 来，然后人为进行温补试验，以达到克服温漂的目的。
[0004] 然而，若要人为对高灵敏度的倾角仪进行精确的温补，需要非常苛刻的试验环境： 既要考虑升温，又要尽量避免产生温补环境微震或气流流动，温补工作量较大。
[0005] 另外，为了避免倾角仪从启动到正常工作之前产生温漂，倾角仪从启动到正常工 作之前需要预热一段时间，这占用了一定的工作时间，导致工作效率降低。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的不足，提供一种高精度倾角仪及智能温 补系统，能够降低倾角仪正常工作时对温补环境的要求，提高温补精度并减少温补工作量， 减少倾角仪从启动到正常工作之前的预热时间，有效提高工作效率。
[0007] 本发明提供一种高精度倾角仪，该倾角仪包括倾角测量芯片和智能温补系统，当 倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时，所述智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷 片；当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时，所述智能温补系统包括微控制器、制热 片、制冷片、温度传感器，温度传感器置于倾角测量芯片的侧边；
[0008] 微控制器控制制热片、制冷片的启动/停止、功率的分级加载/卸载，获取温漂数 组：
[0009] 微控制器预先设定倾角仪温补过程中的温补上限温度Τ±κ、温补下限温度T tk ; 倾角仪固定在混凝土隔震试验台上；倾角仪正常工作一段时间至其内部温度和倾角读数稳 定时，微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零；
[0010] 微控制器启动制冷片，制冷片分级进行功率加载，每级加载至倾角仪内部达到热 平衡，即倾角仪内部的温度和温漂数据在一定时间内均稳定，制冷片才进行下一级功率加 载，直至倾角仪内部的温度降至Ttk以下时，制冷片才停止加载功率，并开始分级进行功率 卸载，同时微控制器开始以一定频率采集温度数据和温漂数据，自动保存在微控制器的存 储器内，且每级卸载过程中采集的数据保存为一组，每级卸载至倾角仪内部达到热平衡，制 冷片才进行下一级功率卸载，直至制冷片的功率卸载到零；
[0011] 在倾角仪内部达到热平衡后，微控制器启动制热片，制热片分级进行功率加载，每 级加载至倾角仪内部达到热平衡之后，制热片才进行下一级功率加载，在上述过程中微控 制器继续采集温度数据和温漂数据，自动保存在微控制器的存储器内，且每级加载过程中 采集的数据保存为一组，直至倾角仪内部的温度升到τ ±κ时，制热片停止工作，同时微控制 器停止记录温度数据和温漂数据；
[0012] 微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理：
[0013] 微控制器从保存的多组数据中，提取每组中最后稳定的温度值和温漂值，作为该 组的温漂数据，保存在温漂数组中，温漂数组中有若干列数据，η为温漂数组的总列数，m为 温漂数组中列的序号，n、m均为正整数，且4 < m < η ;温漂数组中第m列的温度值为T111，温 漂数组中第m列的温漂值为Dni，温漂数组中第η列的温度值为T n，温漂数组中第η列的温漂 值为Dn;
[0014] 在使用倾角仪时，微控制器自动完成温补：
[0015] 使用倾角仪测量倾角时，人工将倾角仪的读数置零，同时记录置零时的温度Τ。，Τ。 为此次测量的零漂温度，T下限< T0< T上限；
[0016] 测量一段时间后，倾角仪的当前倾角读数为Ax，温度传感器记录倾角仪内部的当 前温度为T x，倾角仪在当前温度Tx下相对于零漂温度T。发生的温漂值为D χ。，微控制器通过 数据插值方法，结合温漂数组，计算出温漂值Dx。；
[0017] 微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值Araal:A ^1= Ax- Dx。，向外输出真 实倾角测量值Araal。
[0018] 在上述技术方案的基础上，所述微控制器计算温漂值Dx。的公式为：
[0020] 其中，X、k、k-l、j、j-Ι均为温漂数组中列的序号，X、k、k-l、j、j-Ι均为正整数，温 漂数组中第χ列中的温度值为Tx，温漂数组中第χ列中的温漂值为Dx;温漂数组中第k列中 的温度值为Tk，温漂数组中第k列中的温漂值为Dk;温漂数组中第k-Ι列中的温度值为T k i， 温漂数组中第k-1列中的温漂值为Dk 1;温漂数组中第j列中的温度值为T ,，温漂数组中第 j列中的温漂值为D];温漂数组中第j-Ι列中的温度值为T , i，温漂数组中第j-Ι列中的为 温漂值Dj 1;
[0021] Tx对应的两个相邻数据列为（Tkl、Dkl)和（Tk、D k)，这两个相邻数据列的线性插值 点为Dx;
[0022] 当T下限< Tx< T上限时，两个相邻数据列（Tk Jk J和（Tk、Dk)的温度值满足条件： K K Tk^T x< Ttk时，两个相邻数据列（Tk η Dk J和（Tk、Dk)取最前两列数据；当 Tx> Τ±κ时，两个相邻数据列（Tk i、Dk D和（Tk、Dk)取最后两列数据；
[0023] 零漂温度T。对应的温漂数组中两个相邻数据列为（T , pD, J和（TpD,)，这两个相 邻数据列的线性插值点为D。，这两个相邻数据列中的温度值满足条件：T, TT
[0024] 在上述技术方案的基础上，所述微控制器通过分段三次埃尔米特Hermite插值方 法，结合温漂数组，计算出温漂值D x。。
[0025] 在上述技术方案的基础上，所述微控制器获取温漂数组的过程中，外部环境的温 度在-KTC~35°C之间。
[0026] 在上述技术方案的基础上，所述制冷片分5~20级进行功率加载或卸载。
[0027] 在上述技术方案的基础上，所述制冷片分10级进行功率加载或卸载。
[0028] 在上述技术方案的基础上，所述倾角仪内部达到热平衡是指：倾角仪内部的温度 和温漂数据在1~2分钟内均稳定。
[0029] 在上述技术方案的基础上，所述微控制器以0. 2~IHZ的频率采集温度数据和温 漂数据。
[0030] 在上述技术方案的基础上，所述微控制器以0. 4HZ的频率采集温度数据和温漂数 据。
[0031] 在上述技术方案的基础上，所述制热片分级进行功率加载或卸载时，制热片分级 的数量与制冷片分级的数量相同。
[0032] 本发明还提供一种高精度倾角仪的智能温补系统，该系统位于倾角仪内部，倾角 仪还包括倾角测量芯片，当倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时，所述智能温补系统 包括微控制器、制热片、制冷片；当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时，所述智能 温补系统包括微控制器、制热片、制冷片、温度传感器，温度传感器置于倾角测量芯片的侧 边；
[0033] 微控制器控制制热片、制冷片的启动/停止、功率的分级加载/卸载，获取温漂数 组：
[0034] 微控制器预先设定倾角仪温补过程中的温补上限温度Τ±κ、温补下限温度Ttk ; 倾角仪固定在混凝土隔震试验台上；倾角仪正常工作一段时间至其内部温度和倾角读数稳 定时，微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零；
[0035] 微控制器启动制冷片，制冷片分级进行功率加载，每级加载至倾角仪内部达到热 平衡，即倾角仪内部的温度和温漂数据在一定时间内均稳定，制冷片才进行下一级功率加 载，直至倾角仪内部的温度降至Ttk以下时，制冷片才停止加载功率，并开始分级进行功率 卸载，同时微控制器开始以一定频率采集温度数据和温漂数据，自动保存在微控制器的存 储器内，且每级卸载过程中采集的数据保存为一组，每级卸载至倾角仪内部达到热平衡，制 冷片才进行下一级功率卸载，直至制冷片的功率卸载到零；
[0036] 在倾角仪内部达到热平衡后，微控制器启动制热片，制热片分级进行功率加载，每 级加载至倾角仪内部达到热平衡之后，制热片才进行下一级功率加载，在上述过程中微控 制器继续采集温度数据和温漂数据，自动保存在微控制器的存储器内，且每级加载过程中 采集的数据保存为一组，直至倾角仪内部的温度升到Τ ±κ时，制热片停止工作，同时微控制 器停止记录温度数据和温漂数据；
[0037] 微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理：
[0038] 微