基于绝对测距的一维倾角非接触测量方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种几何量测量技术领域的方法与系统，具体是一种基于绝对测距的一维倾角非接触测量方法与系统。
【背景技术】
[0002]倾角是指一个平面相对于基准平面(一般值水平面)的夹角。测量倾角的仪器称为倾角仪或者水平仪。倾角是几何量领域的常见测量项目之一。目前，在国民经济众多领域，都有各种各样的倾角测量需求。常规的倾角测量方法，主要以磁阻传感器测量本体相对于地磁场的方位来实现倾角测量。这种方法的优点是操作简单、使用方便，可测量一维或二维倾角。
[0003]但是这种方法存在一些明显的问题与不足，特别是传统倾角传感器/倾角仪必须直接安装在被测目标的工作面上，并随被测目标一起转动，测量方式属于接触式测量。其带来的问题是:(I)将倾角传感器安置于被测目标之上将有可能对被测目标的运动性能产生严重的影响。特别是当被测目标体积较小、重量较轻的情况下，这种影响会尤为严重，甚至根本无法实现测量。(2)将倾角传感器安装与被测目标之上，势必要求在被测目标本体上加工螺纹孔用于固定倾角传感器，这将破坏被测目标的原有特性和损坏。(3)传统倾角传感器一般采用电缆将测量结果传输到上位机，而在被测目标转动过程中将不可避免地产生电缆拖曳现象，明显不合理。上述这些问题也是目前绝大部分的倾角传感器/倾角仪的通病。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有倾角传感器/倾角仪的接触测量问题，提出一种可以实现一维倾角非接触测量的方法及系统。该方法是采用若干个具有绝对测距功能的非接触位移传感器，同时对安置于被测目标工作面的测量平板进行测量，通过对所有位移传感器位移值的数据进行处理，最终可以得到一维倾角测量结果。这种方法可实现倾角的非接触高精度测量，轻薄的测量平板对被测目标的运动特性基本没有影响。该方法的测量结果与测量平板与被测目标回转轴线的偏心距无关，因此无需测定此偏心距，方便实际应用。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明的倾角非接触测量系统主要包括:若干位移传感器、一个测量平板、一个测量支架、一个控制系统以及电缆。测量平板被安置于被测目标上，可与被测目标的工作面平行，也可以不平行。位移传感器安置于测量支架之上，每个传感器的测量线互相平行，并且所有测量线均对准测量平板，每个位移传感器的测量值通过电缆输送到控制系统。控制系统一般置于被测目标附近。当被测目标处于任一空间姿态位置时，在控制系统的统一控制下，所有传感器同步获取与测量平板之间的距离值，并通过电缆送入控制系统进行数据处理，通过计算得到测量平板即被测目标的一维倾角值。
[0007]本发明的位移传感器的特殊之处在于，本发明的位移传感器是具有绝对测距功能的非接触位移传感器，例如激光位移传感器、激光测距传感器、电涡流位移传感器、电容位移传感器等。具体位移传感器的选择，取决于倾角测量范围和传感器之间的间距。对于倾角范围较大、传感器间距较大的场合，应采用测量范围较大的绝对位移传感器，例如激光位移传感器、激光测距传感器等。对于倾角范围较小、传感器间距较小的场合，应采用测量范围较小的绝对位移传感器，例如电涡流位移传感器、电容位移传感器等。
[0008]本发明的位移传感器的数量最少为2个，所有位移传感器均应布置在同一条直线上，该直线与被测目标的回转中心线正交。
[0009]本发明的测量支架的主要作用，是支撑各个传感器，使之保持确定的方向和位置。本发明的测量支架的特殊之处在于，测量支架本身具有定位功能，可以保证各个位移传感器之间的间距处于理想位置，对于一般精度而言可以免除标定过程。
[0010]本发明的测量平板的作用，是提供足够大小与精度的测量平面，保证倾角的准确测量。本发明的测量平板的形状可为长方形或者其他形状。本发明的测量平板所在平面可以与被测目标的工作面平行，也可以不平行，没有特殊要求和限制。
[0011]本发明的测量平板的大小取决于倾角变化范围、传感器间距以及测量平板与被测目标回转轴线的偏心距，倾角变化范围越大、传感器间距越大、测量平板与被测目标回转轴线的偏心距越大，所需的测量平板的尺寸也就越大。
[0012]对于空间有限值的场合，不能采用较大尺寸的测量平面，本发明的测量平板可以采用轻质材料和较小的厚度，从而保证对被测目标的运动特性基本没有影响。为例减小测量平板的变形，可以在测量平板的背面加装若干加强筋。根据采用的位移传感器的不同，本发明需要选用具有不同表面特性的测量平板。根据不同的倾角测量精度要求，本发明的测量平板需要具有不同的平面度要求。
[0013]对于某些特殊场合，由于空间所限无法使用较大尺寸的测量平板。针对这种情况，本发明采用多个位移传感器和小尺寸测量平板，通过分段测量和自动切换技术实现较大测量范围的倾角测量。
[0014]本发明提出用于上述倾角非接触测量系统的数据处理方法。当采用的位移传感器数量不同时，相应的数据处理方法也有所不同。
[0015]对于采用2个位移传感器测量一维倾角的情形，本发明的数据处理方法是:直接利用两个位移传感器位移差与两个传感器间距之比来计算倾角。
[0016]对于采用3个及以上位移传感器测量一维倾角的情形，本发明的数据处理方法是:分别利用任意两个位移传感器位移差与两个传感器间距之比来计算出一个倾角值，然后将所有的倾角值取平均，以平均值作为最后的倾角测量结果。特别地，本发明采用所有倾角值的加权算术平均值作为最终倾角测量结果，每个倾角值的权就是该倾角值所对应的两个位移传感器的间距。
【附图说明】
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[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019]图1为本发明的二维倾角非接触测量系统组成示意图；
[0020]图2为本发明的双传感器一维倾角测量系统组成原理示意图；
[0021]图3为本发明的四传感器一维倾角测量系统组成原理示意图；
[0022]图4为本发明的四传感器和小尺寸测量平板的一维倾角测量系统组成原理示意图；
[0023]图5为本发明的具有加强筋的测量平板结构示意图；
[0024]图中，I为位移传感器，2为测量支架，3为控制系统，4为测量平板，5为被测目标，6为传输电缆，7为加强筋。
【具体实施方式】
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[0026]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0027]本发明的倾角非接触测量系统的组成如图1所示。测量系统主要包括:若干位移传感器1、一个测量平板4、一个测量支架2、一个控制系统3和传输电缆6。测量平板4被安置于被测目标5上。位移传感器I安置于测量支架2之上，每个位移传感器I之间的测量线互相平行，并且所有测量线均对准测量平板4，每个位移传感器I的输出通过电缆6输送到控制系统3。控制系统一般置于被测目标5附近。当被测目标5处于任何空间姿态位置时，在控制系统3的统一控制下，所有传感器I同步获取位移传感器I与测量平板4之间的距离值，并通过电缆6送入控制系统3中进行数据处理，通过计算得到测量平板4即被测目标5的倾角值。
[0028]该方法可以实现倾角的非接触测量，对被测目标5的性能基本没有影响，而且该方法的测量结果与测量平板4与被测目标5回转轴线的偏心距无关，因此无需测定此偏心距，方便实际应用。
[0029]本发明的位移传感器I的特殊之处在于，位移传感器I是具有绝对测距功能的非接触位移传感器，例如激光位移传感器、激光测距传感器、电涡流位移传感器、电容位移传感器等。具体位移传感器I的选择，取决于倾角测量范围和传感器之间的间距。对于倾角范围较大、传感器间距较大的场合，应采用测量范围较大的绝对位移传感器，例如激光位移传感器、激光测距传感器等，其位移测量范围可达几十_至几百_甚至更大。对于倾角范围较小、传感器间距较小的场合，应采用测量范围较小的绝对位移传感器，例如电涡流位移传感器、电容位移传感器等，其位移测量范围可达几_至几十_。
[0030]本发明的位移传感器I的数量最少为2个。所有位移传感器I均应布置在同一条直线上，该直线与被测目标5的回转中心线正交。图2所示为采用2个位移传感器的一维倾角测量系统组成示意图，两个位移传感器Sensorl和Sensor2处于同一直线M-Line上，该直线M-Line与被测目标5的回转中心线y正交。图3所示为采用4个位移传感器的一维倾角测量系统组成示意图，4个位移传感器Sensorl、Sensor2、Sensor3和Sensor4处于同一直线M-Line上，该直线M-Line与被测目标5的回转中心线y正交。
[0031]本发明的测量支架2的主要作用，是支撑各个位移传感器1，使之保持确定的方向和位置。本发明的测量支架2的特殊之处在于，测量支架2本身具有定位功能，例如凹槽、台阶、圆孔等，可以保证各个位移传感器I之间的间距处于理想位置，对于一