一种高精度倾角仪的智能温补方法

文档序号:9415047阅读:638来源:国知局
一种高精度倾角仪的智能温补方法
【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的智能温补 方法。
【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的智能温 补方法,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的智能温补方法,包括以下步骤:
[0008] A、倾角仪包括倾角测量芯片和微控制器,当倾角测量芯片内部集成有温度测量器 件时,在倾角仪内部增设制热片和制冷片;当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时, 在倾角仪内部增设制热片、制冷片和温度传感器,温度传感器置于倾角测量芯片的侧边;
[0009] B、倾角仪智能获取温漂数组:
[0010] B1、倾角仪内部的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 ;将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;
[0011] Β2、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;
[0012] B3、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;
[0013] Β4、微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理:
[0014] 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;
[0015] C、在使用倾角仪时,倾角仪内部的微控制器自动完成温补:
[0016] CU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 T0, T0为此次测量的零漂温度,T下限< T0< T上限;
[0017] C2、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。;
[0018] C3、微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值A_1:A"al= Ax- Dx。,倾角仪 向外输出真实倾角测量值Araal。
[0019] 在上述技术方案的基础上,步骤C2中微控制器计算温漂值Dx。的公式为:
[0020]
[0021] 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X列中的温度值为Tx,温漂数组中第X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;
[0022] Tx对应的两个相邻数据列为(Tkl、Dkl)和(T k、Dk),这两个相邻数据列的线性插值 点为Dx;
[0023] 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;
[0024] 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
[0025] 在上述技术方案的基础上,步骤C2中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。。
[0026] 在上述技术方案的基础上,步骤B中所述倾角仪智能获取温漂数组的过程中,外 部环境的温度在-10°c~35°C之间。
[0027] 在上述技术方案的基础上,步骤B2中制冷片分5~20级进行功率加载或卸载。
[0028] 在上述技术方案的基础上,步骤B2中制冷片分10级进行功率加载或卸载。
[0029] 在上述技术方案的基础上,步骤B2中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。
[0030] 在上述技术方案的基础上,步骤B2中微控制器以0. 2~IHZ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,步骤B2中微控制器以0. 4HZ的频率采集温度数据和温 漂数据。
[0032] 在上述技术方案的基础上,步骤B3中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。
[0033] 与现有技术相比,本发明的优点如下:
[0034] (1)本发明在倾角仪内部增加制热片和制冷片,将倾角仪放置在混凝土隔震试验 台上,通过倾角仪内部的微控制器,对制冷片、制热片的功率进行分级加载或分级卸载,每 级加载或卸载达到倾角仪内部温度和温漂数据在一段时间内稳定,使倾角仪内部温度从温 补下限温度T tk逐级升高,同时以一定的频率记录温度和温漂数据,倾角仪内部温度逐级 上升,当上升到温补上限温度Τ±κ时,停止制热片工作和数据记录。从每级加载或卸载记录 的温度和温漂数据中,提取一组数值稳定的温度和温漂数据,存为温漂数组。测量倾角时, 记录置零时温度为该次测量的零漂温度,当温度发生变化时,用当前测量值减去当前温度 相对于零漂温度的相对温漂值,即得到真实倾角值,相对温漂值则利用温漂数组和插值方 法得到。本发明中的方法具有良好的可行性和实用性,能够降低倾角仪正常工作时对温补 环境的要求,使倾角仪在普通的隔震试验环境中,能够高精度地自动完成温漂数据的捕捉, 并存储在倾角仪微控制器内部备用。在测量倾角时,利用温漂数组对测量的倾角进行温补 修正,得到真实的倾角值,完成了高精度的仪器温补,能够有效提高温补精度,并减少温补 工作量。
[0035] (2)采用本发明中的方法实现高精度温补时,能够缩短倾角仪从启动
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