CN109682353A - 一种倾角测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倾角测量装置及方法，其装置包括控制器和旋转测量机构，所述旋转测量机构包括旋转组件和固定在旋转组件上的电子水准气泡，所述控制器分别与旋转组件和电子水准气泡连接。本发明能够提高物体倾角测量的量程、测量精度、稳定性和可靠性。

Description

一种倾角测量装置及方法

技术领域

本发明属于倾角测量技术领域，具体地说涉及一种倾角测量装置及方法，主要用于对物体的二维倾角进行精确测量。

背景技术

随着物联网技术、工程机械智能化程度的提高和自然灾害增多，作于测量物体（如桥墩、设备等）倾斜度的倾角传感器被应用到工程机械、工业自动化、机器人、安全保卫、交通运输、安全监测等社会及人类生活的各个领域，孕育了巨大的市场。目前倾角传感器85%采用MEMS技术实现，在提高产品性能的同时，成本也大大压缩。但MEMS技术的倾角传感器测量精度较低，数值的线性度不够好。因此在一些对精度、稳定性及可靠性要求高的场合，现有基于MEMS技术的倾角传感器就不太适合了。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种倾角测量装置及方法，本发明能够提高物体倾角测量的量程、测量精度、稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种倾角测量装置，其特征在于：包括控制器和旋转测量机构，所述旋转测量机构包括旋转组件和固定在旋转组件上的电子水准气泡，所述控制器分别与旋转组件和电子水准气泡连接。

所述旋转测量机构的数量为两套，两套旋转测量机构相垂直，两套旋转测量机构与控制器配合测量X轴方向的倾角值和Y轴方向的倾角值。

所述控制器包括主控模块、无线模块和稳压模块，稳压模块分别为主控制模块和无线模块供电，主控模块分别与无线模块、旋转组件和电子水准气泡连接。

所述旋转组件包括驱动器、旋转编码器和平台，平台与驱动器固定连接，电子水准气泡固定在平台上，旋转编码器用于测量平台的转动角度；驱动器和旋转编码器均与控制器连接。

所述的倾斜测量装置还包括固定座，控制器和旋转测量机构均固定在固定座上。

一种倾角测量方法，其特征在于：在待测物体表面的X轴方向和/或Y轴方向设置电子水准气泡，采用控制组件连续采集电子水准气泡的测试值，并根据采集到的测试值控制电子水准气泡转动，直至电子水准气泡的气泡趋于稳定，然后采集并存储此刻电子水准气泡的角度值和测试值，再根据角度值和测试值计算出倾角值。

所述控制组件包括控制器和旋转组件，旋转组件包括驱动器、旋转编码器和平台，平台与驱动器固定连接，电子水准气泡固定在平台上，旋转编码器用于测量平台的转动角度，驱动器、旋转编码器和电子水准气泡均与控制器连接。

采用本发明的优点在于：

1、本发明主要由控制器、旋转组件和固定在旋转组件上的电子水准气泡构成，控制器能够通过旋转组件控制电子水准气泡转动，并能够采集旋转组件的转动角度和电子水准气泡的测试值。该结构可以使产品在倾斜面下均可获得准确的倾角值，因此其具有对待测物体的平整度、倾角方向等要求低的特点。且整套装置的实现方式简易可行、结构简单、可行性高。

2、本发明通过两套旋转测量机构能够分别精确测量物体在X轴方向和Y轴方向的倾角值，汇总分析后就能够获得待测物体的二维平面倾角值。

3、本发明采用高精度电子水准气泡，其精度与水准气泡的精度一致，具有360度全量程且全量程等高精度的特点，应用的场景很广。

4、本发明通过无线模块能够实现远程测量，还能够实现测量数据远程上传，进行终端的显示以及大数据的分析。

5、本发明整体可控制在15cm见方，具有体积小、成本低等优点。在使用时还具有稳定可靠的优点，在基准点稳定性判识、高精度平台等高标准的自动化监测领域具有领先优势。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1的测量原理图；

图3为实施例1中旋转组件的转动控制结构示意图；

图4为实施例2的结构示意图；

图5为实施例2的测量原理图；

图中标记为：1、控制器，2、电子水准气泡，3、主控模块，4、无线模块，5、稳压模块，6、驱动器，7、旋转编码器，8、平台，9、固定座，10、旋转组件。

具体实施方式

实施例1

本实施例公开了一种倾角测量装置，如图1所示，包括控制器1和旋转测量机构，所述旋转测量机构包括旋转组件10和固定在旋转组件10上的电子水准气泡2，所述控制器1分别与旋转组件10和电子水准气泡2连接。

本实施例中，如图2所示，所述控制器1包括主控模块3、无线模块4和稳压模块5，主控模块3分别与无线模块4、旋转组件10和电子水准气泡2连接。其中，稳压模块5分别为主控制模块和无线模块4供电，提供稳定的电压输出，该稳压模块5可通过外部直流变压，也可通过锂电池储能转换为主控模块3和无线模块4需求的VCC供电电压，具有稳定高精度的电压输出以及足够的负载能力。主控模块3为核心组件，主控模块3可采用常规的stm32控制器,主控模块3主要用于采集电子水准气泡2所测出的测试值,再根据算法结果驱动旋转组件10按设定转动，计算高精度的倾角值，并将数据传递给无线模块4。无线模块4通过TXD/RXD接口与主控模块3连接，其VCC供电来自由主控模块3，通过无线数据传输可实现发射端与接收端的通信，以及发射端与集中控制器1实现的远端通信及测量数据上传，进行终端的显示以及大数据分析。

本实施例中，所述旋转组件10为现有常规技术，其包括驱动器6、旋转编码器7和平台8，驱动器6可为电机，平台8与驱动器6固定连接，电子水准气泡2固定在平台8上，旋转编码器7用于测量平台8的转动角度，驱动器6和旋转编码器7均与控制器1中的主控模块3连接，驱动器6和旋转编码器7均通过485通信协议实现通信。其中，主控模块3能够高精度驱动平台8微步距转动，旋转编码器7能够记录每次转动的角度，也可以写信零度便于后续的角度计算。平台8可为圆形结构，能够承载一定的载荷，可实现360度旋转。高精度电子水准气泡2固定在平台8中心位置,且优选高精度电子水准气泡2的中心线与平台8的中心线相重合。高精度电子水准气泡2具有高采集精度、高分辨率、低延时等特点。高精度电子水准气泡2能够实时、快速采集当前的测试值，反馈给主控模块3综合分析，其数据通信线能够通过旋转组件10连接到主控模块3，且平台8旋转过程不会与数据通信线缠绕。

本实施例中，所述的倾斜测量装置还包括固定座9，控制器1和旋转测量机构均固定在固定座9上。具体的，控制器1和驱动器6均固定在固定座9上。

本实施例中，所述旋转组件10的数量为一套，控制器1与旋转组件10和电子水准气泡2配合用于测量物体在X轴方向或在Y轴方向的倾角值。其中，当用于测量物体在X轴方向的倾角值时，平台8与X轴相垂直；当用于测量物体在Y轴方向的倾角值时，平台8与Y轴相垂直。下面以测量物体在X轴方向的倾角值为例进行说明：

使用时通过固定座9将整个装置固定在待测物体的基准水平面上，这个基准水平面是恒定不变的，这个基准水平面的值可以通过高精度电子水准气泡2获取，若角度偏差较大时，则需要通过转动平台8促使高精度电子水准气泡2的测试值处在有效量程范围来获取。待测物体的综合角度测量结果为平台8的转动角度（大刻度值）和高精度电子水准气泡2的测试值（小刻度值），通过综合角度值的变化来反映待测物体的倾角变化值。其中平台8的转动控制如图3所示：高精度电子水准气泡2初始状态在“b”位置，主控模块3高频采集高精度电子水准气泡2数据，依托高精度电子水准气泡2数据指示驱动器6控制平台8连续旋转。当高精度电子水准气泡2的数据处于预定范围且稳定时（旋转高精度电子水准气泡2到“c”位置），平台8停止转动，分别记录平台8旋转的角度及高精度电子水准气泡2的测试值，通过与初始零位相减即可得到待测物体的倾角变化值。

实施例2

本实施例公开了一种倾角测量装置，包括控制器1和旋转测量机构，所述旋转测量机构包括旋转组件10和固定在旋转组件10上的电子水准气泡2，所述控制器1分别与旋转组件10和电子水准气泡2连接。所述旋转组件10为现有常规技术，其包括驱动器6、旋转编码器7和平台8，驱动器6可为电机，平台8与驱动器6固定连接，电子水准气泡2固定在平台8上，旋转编码器7用于测量平台8的转动角度.驱动器6和旋转编码器7均与控制器1中的主控模块3连接。其中，如图4所示，所述旋转测量机构的数量为两套，两套旋转测量机构相垂直，且两套旋转测量装置均由同一控制器1控制；测量时，两套旋转测量机构与控制器1配合测量X轴方向的倾角值和Y轴方向的倾角值。

本实施例中，所述控制器1包括主控模块3、无线模块4和稳压模块5，如图5所示，主控模块3分别与无线模块4、两套旋转测量机构中的驱动器6、旋转编码器7和电子水准气泡2连接。其测量原理与实施例1相同。

实施例3

本实施例公开了一种倾角测量方法，其测量过程如下：

在待测物体表面的X轴方向和/或Y轴方向设置电子水准气泡，采用控制组件连续采集电子水准气泡的测试值，并根据采集到的测试值控制电子水准气泡转动，直至电子水准气泡的气泡趋于稳定，然后采集并存储此刻电子水准气泡的角度值和测试值，再根据角度值和测试值计算出倾角值。

本实施例中，所述控制组件包括控制器和旋转组件，旋转组件包括驱动器、旋转编码器和平台，平台与驱动器固定连接，电子水准气泡固定在平台上，旋转编码器用于测量平台的转动角度，驱动器、旋转编码器和电子水准气泡均与控制器连接。其中，控制器和旋转组件的结构均优选与实施例1或实施例2中控制器和旋转组件的结构相同，但根据需要，也可采用其它不同的控制器和旋转组件。

本实施例中，所述的直至电子水准气泡的气泡趋于稳定是指在待测物体本身稳定的情况下，控制组件和电子水准气泡最终会趋于停止转动，并且水准气泡的测试值连续采集后，其相邻N组数据的均方差值控制在一定的范围内，例如0.5秒，此时表明电子水准气泡的气泡趋于稳定，采集此时电子水准气泡的角度值和测试值，即能够计算出倾角值。

本实施例中，所述电子水准气泡由驱动器通过平台带动转动，因此待测对象的角度由电子水准气泡的测试值和平台的转动角度共同确定。具体的，现有角度测量一般为直读数据，而本发明采用大小刻度组合来判识，大刻度既为平台的转动角度，小刻度即为电子水准气泡的测试值。例如：大刻度转盘获取的角度值为100°2′，小刻度水准气泡测试值为-35.5″,物体最后的倾角值就为100°1′24.5″。

本实施例在实际测量时，先由控制器连续采集电子水准气泡的测试值，并根据采集到的测试值通过旋转组件控制电子水准气泡转动（即控制器连续采集到测试值后，通过旋转组件来修正电子水准气泡中气泡的位置），直到电子水准气泡的气泡趋于稳定状态，然后采集并存储此刻（电子水准气泡的气泡趋于稳定状态）电子水准气泡的角度值和测试值，再根据角度值和测试值即可计算出待测物体的倾角值。另外，若待测物体发生倾斜，重复上述过程即可测出物体倾斜后的倾角值，根据需要，采用倾斜后的倾角值减去倾斜前的倾角值，还可得到物体倾斜的倾角变化值。

Claims (7)

1.一种倾角测量装置，其特征在于：包括控制器（1）和旋转测量机构，所述旋转测量机构包括旋转组件（10）和固定在旋转组件（10）上的电子水准气泡（2），所述控制器（1）分别与旋转组件（10）和电子水准气泡（2）连接。

2.如权利要求1所述的一种倾角测量装置，其特征在于：所述旋转测量机构的数量为两套，两套旋转测量机构相垂直，两套旋转测量机构与控制器（1）配合测量X轴方向的倾角值和Y轴方向的倾角值。

3.如权利要求1或2所述的一种倾角测量装置，其特征在于：所述控制器（1）包括主控模块（3）、无线模块（4）和稳压模块（5），稳压模块（5）分别为主控制模块和无线模块（4）供电，主控模块（3）分别与无线模块（4）、旋转组件（10）和电子水准气泡（2）连接；主控模块（3）用于控制旋转组件（10）旋转，并采集旋转组件（10）的转动角度和电子水准气泡（2）的测试值，主控模块（3）根据转动角度和测试值测出物体的倾角值。

4.如权利要求1或2所述的一种倾角测量装置，其特征在于：所述旋转组件（10）包括驱动器（6）、旋转编码器（7）和平台（8），平台（8）与驱动器（6）固定连接，电子水准气泡（2）固定在平台（8）上，旋转编码器（7）用于测量平台（8）的转动角度；驱动器（6）和旋转编码器（7）均与控制器（1）连接。

5.如权利要求1所述的一种倾角测量装置，其特征在于：所述的倾斜测量装置还包括固定座（9），控制器（1）和旋转测量机构均固定在固定座（9）上。

6.一种倾角测量方法，其特征在于：在待测物体表面的X轴方向和/或Y轴方向设置电子水准气泡，采用控制组件连续采集电子水准气泡的测试值，并根据采集到的测试值控制电子水准气泡转动，直至电子水准气泡的气泡趋于稳定，然后采集并存储此刻电子水准气泡的角度值和测试值，再根据角度值和测试值计算出倾角值。

7.如权利要求6所述的一种倾角测量方法，其特征在于：所述控制组件包括控制器和旋转组件，旋转组件包括驱动器、旋转编码器和平台，平台与驱动器固定连接，电子水准气泡固定在平台上，旋转编码器用于测量平台的转动角度，驱动器、旋转编码器和电子水准气泡均与控制器连接。