本發(fā)明屬于測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及雙軸傾角儀及標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

高精度傾角儀在車輛底盤(pán)調(diào)平檢測(cè)，高塔或高樓監(jiān)測(cè)，橋梁與大壩監(jiān)測(cè)和高精度激光平臺(tái)設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，目前市場(chǎng)上的高精度雙軸傾角儀在大量程的情況下精度不高，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

在目前市場(chǎng)上雙軸傾角儀所采用的方案中，較為主流的是使用一個(gè)雙軸加速度計(jì)就可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)相互垂直方向上的傾角值。

當(dāng)加速度計(jì)水平布置時(shí)，使用一個(gè)雙軸加速度計(jì)就可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)相互垂直方向的情景值。但是從加速度計(jì)的測(cè)量原理和其計(jì)算方法式中分析可知，當(dāng)其測(cè)量范圍不超過(guò)±60°，其測(cè)量的誤差較小，當(dāng)測(cè)量范圍超過(guò)±60°時(shí)，測(cè)量誤差明顯增大。由于arcsin函數(shù)出現(xiàn)了明顯的非線性特性。當(dāng)測(cè)量的傾角值趨近與90°，幾乎無(wú)法測(cè)量。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于加速度計(jì)安裝會(huì)存在安裝誤差，各個(gè)檢測(cè)軸不是完全正交安裝，當(dāng)其中一個(gè)軸變化時(shí)，其它軸向也會(huì)有較大的變化，最終影響傾角儀交叉耦合，目前市場(chǎng)上傾角儀交叉耦合在2％以上。由于微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)傳感器的固有特性，傳感器的非線性會(huì)極大的影響傾角儀測(cè)量角度的精度，在現(xiàn)有產(chǎn)品中一般都會(huì)默認(rèn)傳感器的輸出是線性的，這樣會(huì)是傾角儀測(cè)量誤差加大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供了通過(guò)添加測(cè)量垂直方向測(cè)量值的加速度傳感器，提高測(cè)量?jī)x測(cè)量精度的雙軸傾角儀。

為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了雙軸傾角儀，所述雙軸傾角儀，包括：底座，安裝在底座上的傾角傳感器，以及從傾角傳感器獲取測(cè)量值的信號(hào)處理設(shè)備，在信號(hào)處理設(shè)備的輸出端連接有RS232輸出端；

其中，傾角傳感器包括水平安裝在底座上的雙軸傳感器，以及垂直安裝在底座上的加速度傳感器；

在雙軸傾角儀所處的空間建立空間三維坐標(biāo)系，其中X、軸Y軸表示水平面中相互垂直的兩個(gè)坐標(biāo)軸，Z軸表示與水平面垂直的坐標(biāo)軸。

可選的，所述雙軸傳感器為用于測(cè)量X軸與Y軸加速度的SCA100T芯片。

可選的，所述加速度傳感器為用于測(cè)量Z軸加速度的SCA61T芯片。

可選的，所述信號(hào)處理設(shè)備為安裝有Matlab計(jì)算軟件的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于從傾角傳感器獲取測(cè)量值，將測(cè)量值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的結(jié)果通過(guò)RS232輸出端輸出。

可選的，所述信號(hào)處理設(shè)備為安裝有Matlab和讀取和發(fā)送信息的上位機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)，上位機(jī)通過(guò)與下位機(jī)通信采集傳感器信息，Matlab處理計(jì)算所采集的信息得到標(biāo)定參數(shù)發(fā)送給下位機(jī)進(jìn)行傳感器標(biāo)定。

可選的，所述RS232輸出端為支持RS232傳輸協(xié)議的輸出設(shè)備。

另外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了雙軸傾角儀的標(biāo)定方法，所述標(biāo)定方法包括：

使用雙軸傾角儀對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

獲取雙軸傾角儀在空間三維坐標(biāo)系內(nèi)X軸上的測(cè)量值分別為1g和-1g時(shí)，的第一測(cè)量值集合；

獲取雙軸傾角儀在空間三維坐標(biāo)系內(nèi)Y軸上的測(cè)量值分別為1g和-1g時(shí)，的第二測(cè)量值集合；

獲取雙軸傾角儀在空間三維坐標(biāo)系內(nèi)Z軸上的測(cè)量值分別為1g和-1g時(shí)，的第三測(cè)量值集合；

將第一測(cè)量值集合、第二測(cè)量值集合、第三測(cè)量值集合傳輸至信號(hào)處理設(shè)備，逐步進(jìn)行交叉耦合補(bǔ)償、標(biāo)度因數(shù)零偏標(biāo)定、夾角標(biāo)定和非線性補(bǔ)償，完成雙軸傾角儀的標(biāo)定。

可選的，所述夾角標(biāo)定，包括：

將雙軸傾角儀的底座與水平面的夾角分別調(diào)整為45°、135°、-135°、-45°，讀取雙軸傾角儀輸出的夾角值；

將夾角值傳輸至信號(hào)處理設(shè)備，通過(guò)Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算后，經(jīng)由RS232輸出端傳輸至下位機(jī)。

可選的，所述夾角標(biāo)定，包括：

將雙軸傾角儀的底座與水平面的夾角從-90°開(kāi)始調(diào)節(jié)，每增加5°獲取一個(gè)測(cè)量值，至90°停止；

將采集到的測(cè)量值傳輸至信號(hào)處理設(shè)備，通過(guò)Matlab軟件計(jì)算后得到線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)，線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)傳輸至下位機(jī)。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是：

通過(guò)添加了用于測(cè)量垂直方向加速度的傳感器，對(duì)原有的測(cè)量相互垂直的兩個(gè)方向上的雙軸傳感器進(jìn)行補(bǔ)充，從而提高了傾角儀測(cè)量的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明提供的雙軸傾角儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的雙軸傾角儀標(biāo)定方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步地描述。

實(shí)施例一

本發(fā)明提供了本發(fā)明提供了雙軸傾角儀，所述雙軸傾角儀，包括：底座，安裝在底座上的傾角傳感器，以及從傾角傳感器獲取測(cè)量值的信號(hào)處理設(shè)備，在信號(hào)處理設(shè)備的輸出端連接有RS232輸出端；

其中，傾角傳感器包括水平安裝在底座上的雙軸傳感器，以及垂直安裝在底座上的加速度傳感器；

在雙軸傾角儀所處的空間建立空間三維坐標(biāo)系，其中X、軸Y軸表示水平面中相互垂直的兩個(gè)坐標(biāo)軸，Z軸表示與水平面垂直的坐標(biāo)軸。

可選的，所述雙軸傳感器為用于測(cè)量X軸與Y軸加速度的SCA100T芯片。

可選的，所述加速度傳感器為用于測(cè)量Z軸加速度的SCA61T芯片。

可選的，所述信號(hào)處理設(shè)備為安裝有Matlab計(jì)算軟件的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于從傾角傳感器獲取測(cè)量值，將測(cè)量值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的結(jié)果通過(guò)RS232輸出端輸出。

可選的，所述信號(hào)處理設(shè)備為安裝有Matlab和讀取和發(fā)送信息的上位機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)，上位機(jī)通過(guò)與下位機(jī)通信采集傳感器信息，Matlab處理計(jì)算所采集的信息得到標(biāo)定參數(shù)發(fā)送給下位機(jī)進(jìn)行傳感器標(biāo)定。

可選的，所述RS232輸出端為支持RS232傳輸協(xié)議的輸出設(shè)備。

本發(fā)明實(shí)施例中提出的雙軸傾角儀，包括：底座，安裝在底座上的傾角傳感器，以及從傾角傳感器獲取測(cè)量值的信號(hào)處理設(shè)備，在信號(hào)處理設(shè)備的輸出端連接有RS232輸出端；其中，傾角傳感器包括水平安裝在底座上的雙軸傳感器，以及垂直安裝在底座上的加速度傳感器；通過(guò)添加了用于測(cè)量垂直方向加速度的傳感器，對(duì)原有的測(cè)量相互垂直的兩個(gè)方向上的雙軸傳感器進(jìn)行補(bǔ)充，從而提高了傾角儀測(cè)量的準(zhǔn)確性。

為了對(duì)進(jìn)一步提高改進(jìn)后的雙軸傾角儀測(cè)量的準(zhǔn)確度，本發(fā)明實(shí)施例還提出了雙軸傾角儀的標(biāo)定方法，如圖2所示，所述標(biāo)定方法包括：

11、使用雙軸傾角儀對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

12、獲取雙軸傾角儀在空間三維坐標(biāo)系內(nèi)X軸上的測(cè)量值分別為1g和-1g時(shí)的第一測(cè)量值集合；

13、獲取雙軸傾角儀在空間三維坐標(biāo)系內(nèi)Y軸上的測(cè)量值分別為1g和-1g時(shí)的第二測(cè)量值集合；

14、獲取雙軸傾角儀在空間三維坐標(biāo)系內(nèi)Z軸上的測(cè)量值分別為1g和-1g時(shí)的第三測(cè)量值集合；

15、將第一測(cè)量值集合、第二測(cè)量值集合、第三測(cè)量值集合傳輸至信號(hào)處理設(shè)備，逐步進(jìn)行交叉耦合補(bǔ)償、標(biāo)度因數(shù)零偏標(biāo)定、夾角標(biāo)定和非線性補(bǔ)償，完成雙軸傾角儀的標(biāo)定。

可選的，所述夾角標(biāo)定，包括：

將雙軸傾角儀的底座與水平面的夾角分別調(diào)整為45°、135°、-135°、-45°，讀取雙軸傾角儀輸出的夾角值；

將夾角值傳輸至信號(hào)處理設(shè)備，通過(guò)Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算后，經(jīng)由RS232輸出端傳輸至下位機(jī)。

可選的，所述夾角標(biāo)定，包括：

將雙軸傾角儀的底座與水平面的夾角從-90°開(kāi)始調(diào)節(jié)，每增加5°獲取一個(gè)測(cè)量值，至90°停止；

將采集到的測(cè)量值傳輸至信號(hào)處理設(shè)備，通過(guò)Matlab軟件計(jì)算后得到線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)，線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)傳輸至下位機(jī)。

本發(fā)明采用一個(gè)SCA100T雙軸傳感器和一個(gè)SCA61T單軸加速度計(jì)測(cè)量X,Y,Z三軸加速度，利用MCU處理傳感器采集的信號(hào)，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)零偏標(biāo)定，交叉耦合標(biāo)定補(bǔ)償，夾角標(biāo)定和非線性補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)傾角儀量程達(dá)到±90°，分辨率達(dá)到0.001°，測(cè)量精度達(dá)到0.01°，交叉耦合達(dá)到0.02％。

本發(fā)明有效解決了高精度雙軸傾角儀測(cè)量大量程角度時(shí)交叉耦合，分辨率和精度的問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中起到了良好的效果。下表是利用高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)試高精度傾角儀的測(cè)試結(jié)果，在全量程范圍內(nèi)，傾角儀測(cè)試精度達(dá)到0.01°，分辨率達(dá)到0.001°，交叉耦合從原來(lái)的2％下降到了0.02％，取得了非常好的效果，產(chǎn)品達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1：高精度傾角儀測(cè)試結(jié)果表

上述實(shí)施例中的各個(gè)序號(hào)僅僅為了描述，不代表各部件的組裝或使用過(guò)程中的先后順序。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。