专利名称：自动进行零位补偿的倾角测量装置的制作方法
技术领域：
魷娜本实用新型涉及一种倾角测 置，更具体地说，本实用新型涉及一种具有自动补偿功能的倾角测皿置，其會^^在无需标 t7jC平工作台的情况下，对由于组^^其它原因而形成的雞偏差进行自动彬尝。 背景狱在机械、離、汽车、石油、 和电力等工纖域，常常要^ll确测量 平面相对水平方向的倾角，为状态监测^^^帝§|#^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"液條"的倾斜角观!lMg。其基本原理是， 测M^S包括两个测量电极和一个公其电极，电极置于密闭的腔室内，腔室内 駭高介电常数液体和气体。当测M^g处在水平面錢时，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，产生的电容差働iJlt^Mi!l量的fi^角的大小。公开号为CN1532523A的中国辨l伸请公开了一體于"固鹏"的舰式水平及角度测量仪，其包括外壳和角度测^s，角度测a^s为电容角度测量传麟，外壳与电容角度测量仪的主栅或高娜固连，外壳内腔中还有一个 始终自动回复^f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^i栅固连并同轴转动；外^Jl还设有一个用于决定乡^f皿 的精密位置开关，重力垂直，由重锤、^: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 鹏"的倾角测S^S，它们都JiM^测由倾角改^^弓胞电阻、电容或电 感等錄的变棘获鄉離果。公告号为CN2335125Y、 CN2505806Y、 CN2509562Y、 CN2575607Y、CN2622676Y、 CN2760507Y和CN2738204Y的中国专利申请分别公开了集成有 不同类型传繊的倾角测量仪器或仪表，战产品具有诸如电源部分、显示部 分之类的多种外围,，可1)(1 示出测 ^果。然而，J^现有fe^没有涉及怎荐对lS^fi的^^偏差进行自动W尝。a^f周知，各种测^g在装iei程中，《,保证测s^a的测量面与传麟 的敏,之间乡树平行，即存在一定的雜偏差。因此，测s^s在^顿之前 必须进行校准，以对，偏差进行补偿。现有技术中补偿，偏差常用的方法 是将装配好的测s^皿于标准的水平工作台面上，测量皿出结果，随后 或者对传麟的隨进t预整，或者对输出值进行补偿，以消除雜偏差。此 过繊作鋭，效報低，不适合规量妒。发明内容本实用新型旨在皿一种具有自动丰M尝功能的倾角测M^g，其會辦在无 需标m/K平工作台的情况下，对由于组皿其他原因而形成的^^偏差进行自 动彬尝。为达到上述目的，本实用新型提供了一种倾角测難置，其包括基座、倾角传麟、A/D转换器、电机、微处理器和数字输出接口，其中基座上具有测量 難面，A/D转换器采集倾角传繊的输出电压，并将其结果输送至微处理器， 微处理器基f待定的函数关系根据倾角传感器的输出电压计算出测量基准面与水平面之间的倾角，戶;M倾角测^g还包括旋转圆盘，旋转圆盘与测量難面平行，倾角传 固定在旋转圆盘的边缘位置，旋转圆盘固定在电机的输出 轴上，在微处理器的控制下，戶鹏电机可以带动旋转圆^m—健旋转致 二皿，第二皿与第一^s相差180。。戶;M倾角传自为基于"固^"的电容式倾角传 。臓电机为織电机。本实用新型11^的倾角测*^§^^方便，可在无需标 i7jC平工作台的情况下完^mm尝。
下面参照附图和具体鄉方微本实用新型进行更详细的说明。其中
图1所示为基于"固WS"的电容式f顷角4专自的结构^E图；图2所示的示意图示出了输出的电信号Fo与倾角^之间的关系；图3所示的示意图示出了根据本实用新型的^^偏差卑嚙原理；图4所示的示意图进一标出了根据本实用新型的^^偏差W尝原理；图5所示为根据本实用新型的倾角测 ^的总体结 图；图6所示为旨系 1作的、 图。图i所禾为基于"固,"的电容式倾角传感器的结构示意图。图i中的 倾角传^^iM知aa物糊心的鹏弓i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，悬臂梁j^接上一,极板，,极板位于两块固定极粒间。为便于说明，将图l中的悬臂梁简化为具有一定EM的弹'縣统。 物体m的動使悬臂梁产生郷，对于不同的倾角，存在与之相对应的悬臂梁 量。随 臂^^￡^的作用下发生变形，^极板相fflk在两块固定极粒间移动，、駒极板的錢变化将引起极fet间电容量的改变，测极 粒间的电容量，即可^M顷角的大小。需要指出的是，虽然此处是基于"固 鹏"的电容式倾角传離对本实用新鹏行说明，但本领域的技术人员可以 理解，本实用新型同样适用于基于"液体摆"或"气体摆"及其它技术的测量如图i所示，当倾角为^时，在物体m的動作用下而形成的轴向作用力为F=mgsin所述作用力使悬臂梁的 产生位移<formula>formula see original document page 5</formula>其中A:为弹性强度。可利用下式 lf&移X转换为一个ftffi输出量<formula>formula see original document page 5</formula>(2)其中Kp魄容变化而获得的腿与位移x之间靴匕例系数。经过增^^大器后的最终输出结果Vo为<formula>formula see original document page 5</formula>图2所示的示意图示出了输出的电信号Fo与倾角^之间的关系。 木匠和^X人在测量平面是否处于7jC平时，通常是利用水敏水平尺来进行测量，具体的ir法是，先将水^:水平尺放置在被测平面上，记录在正方向时水泡的健，然而将水平尺旋转1800，观察在反方向时水泡的隨。如果在两次测ftas中水泡的皿相同则表示被测平面处于水平状态，反之则存在偏差。節际的示意图示出了鹏本实用新型的^^偏差彬ta程;在本申请中， 假定传感器的，轴为OA，在水平面内与敏繊OA垂直的另一轴线为IA。下 面详细鹏本实用新型的倾角测^S的雜W尝过程。首先，将倾角传自置于一个旋转圆盘上，戶脱圆盘的表面平行于由传感 器的轴^OA抛形成的测量平面。在第一^SPOSniON l处，记录传繊的 输出电压，然而，将圆&^180P，再次id^传^^第二iMPOSmON 2时的输出电压。如果旋转圆 于水平状态，则在第一皿和第二位置时传 的输出^E将相同。如果旋转圆^^f在的平面与水平面之间存在一定的角度4> ， 贝帷iiMEl^两个健的输出电压将不同，输出电压之间的差值为角度4)的 函数，下面将对两值之间的絲进4雅细描述。当旋转圆盘处于水平状态时，理论上传麟的输出电压《躯为零。但实际 上传^l,会有一^小的输出^ffiVB，可将其定义为不,于倾角传 健的输出腿。如果節中的麟圆Mh于水平状态，贝鹏明显，在两个艘 上倾角传S^的输出M为<formula>formula see original document page 6</formula>图4戶^的示意图示出了根据本实用新型的，偏差辛唯原理。假定测S^置的sm面处于水平拔态，如果由于组皿程而使得旋转圆盘在X轴方向上与 测4^S的^i面之间存在^i偏差角4> ，则在第一皿和第二位置时的电压输出分别为<formula>formula see original document page 6</formula> 其中、为传感器与水平面之间的角度为4)时的输出电压，将式(5) 减式(6)得:- 2从等式(7)中可以看出，Ml!l，一皿和第二,处传^l的输出电 压，可以得到与零位偏差角相对应的输出电压、，M3i^ (3)可容易地反算出偏#^偏差角4>，从而完^i补偿。在实际应用过程中，以下的基本剝牛必须满足 ^一皿和第二皿时的旋转圆 1:于同一平面内。
在 ^唯时，J3^魏鉞iJ^g震动。 因传^M—定的响应时间，所以在读取传^^r出E&K:前，应当使 旋转圆盘^一^2^二 一定的时长，以使传 的输出达到平衡 状态。图5麻为鹏本实用新型的倾角测4^g的总体结離图。本实用新型的倾角测4^g^用易于进行精确控制的皿电IW实l!J定转圆盘的旋转。将 倾角传S^精Wk安^^圆盘的ii^，。 3131A/D转换器采，位相差180°的第一皿和第二皿处的传^Mr出电压，微处理器对采集的iyg进行处理，^W^Mt后，MRS-232或者其他接口输出测量面的倾角值。图6戶标为 ^系虹作的繊图。倾角测MSi电后，微处理器首先初 始化微电机、A/D转换器、输入接口和输出接口。 iiTOH體处传繊的输出电压tivi后，微^a^e制皿电机，使旋转圆自转i80。。延时一定时段后(例如，可以激.l-5秒)，读麟二健处传繊的输出EfeMtV20然后计算 电压V"并根据此^ffi计算出^^偏差角4)。随后将旋转圆飯向旋转180。， 再7舰时一定时鹏(例如，可以劍.l-5秒)，駄正常的测量子辦。在测量 过程中，将实时测量得到的角度值减去雜偏差角4)，即可得到测量表面的真 实倾角值。
权利要求1. 一种倾角测量装置，其包括基座、倾角传感器、A/D转换器、电机、微处理器和数字输出接口，其中基座上具有测量基准面，A/D转换器采集倾角传感器的输出电压，并将其结果输送至微处理器，微处理器基于特定的函数关系根据倾角传感器的输出电压计算出测量基准面与水平面之间的倾角，其特征在于所述倾角测量装置还包括旋转圆盘，旋转圆盘与测量基准面平行，倾角传感器固定在旋转圆盘的边缘位置，旋转圆盘固定在电机的输出轴上，在微处理器的控制下，所述电机可以带动旋转圆盘从第一位置旋转至第二位置，第二位置与第一位置相差180°。
2. 如权利要求l臓的倾角测^g，辦征在于臓顷角传繊为基于 "固^S"的电容式f顷角传自。
3. 如权利要求l恋臓的倾角测M^g，辦征在于:臓电机为微电机。
专利摘要本实用新型公开了一种倾角测量装置，其包括基座、倾角传感器、A/D转换器、电机、微处理器和数字输出接口，其中基座上具有测量基准面，A/D转换器采集倾角传感器的输出电压，并将其结果输送至微处理器，微处理器基于特定的函数关系根据倾角传感器的输出电压计算出测量基准面与水平面之间的倾角，所述倾角测量装置还包括旋转圆盘，旋转圆盘与测量基准面平行，倾角传感器固定在旋转圆盘的边缘位置，旋转圆盘固定在电机的输出轴上，在微处理器的控制下，所述电机可以带动旋转圆盘从第一位置旋转至第二位置，第二位置与第一位置相差180°。本实用新型提供的倾角测量装置使用方便，可在无需标准水平工作台的情况下完成零位补偿。
文档编号G01C25/00GK201090970SQ20072000565
公开日2008年7月23日 申请日期2007年3月12日 优先权日2007年3月12日
发明者军 张, 燕 李, 雪 潘, 超 王, 瑜 赵, 高国伟 申请人:北京信息工程学院