一種適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括激勵(lì)源電路、第一單軸傾角傳感器電路、第二單軸傾角傳感器電路、第一相敏檢波電路、第二相敏檢波電路、第一信號放大電路、第二信號放大電路、第一低通濾波電路和第二低通濾波電路。采用本發(fā)明所述的傾角測量及校正系統(tǒng)，當(dāng)重力儀的角度發(fā)生傾斜時(shí)，能夠準(zhǔn)確的、高精度的測量出來傾角的大小，從而及時(shí)對重力儀進(jìn)行角度調(diào)整。
【專利說明】
一種適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于地質(zhì)勘測領(lǐng)域，尤其是涉及一種適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]重力儀是用來測定重力加速度的儀器，作為相對重力儀，用來測定兩點(diǎn)之間的相對重力加速度差。在進(jìn)行地質(zhì)勘測時(shí)，要求將重力儀位置精確地調(diào)節(jié)到水平狀態(tài)，精確指示傾斜角度，傾角分辨率要求能達(dá)到I角秒，但是國內(nèi)現(xiàn)在尚沒有測量重力儀傾角的系統(tǒng)。
[0003]有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種能夠準(zhǔn)確測量重力儀傾斜角度以及校正傾角的系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是:一種適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括激勵(lì)源電路、第一單軸傾角傳感器電路、第二單軸傾角傳感器電路、第一相敏檢波電路、第二相敏檢波電路、第一信號放大電路、第二信號放大電路、第一低通濾波電路和第二低通濾波電路；
[0006]所述激勵(lì)源電路產(chǎn)生第一方波信號和第二方波信號;所述第一方波信號輸入到第一單軸傾角傳感器電路，第二方波信號輸入到第二單軸傾角傳感器電路;從第一單軸傾角傳感器電路出來的信號進(jìn)入到第一相敏檢波電路，從第二單軸傾角傳感器電路出來的信號進(jìn)入到第二相敏檢波電路;從第一相敏檢波電路出來的直流電信號進(jìn)入第一信號放大電路，從第二相敏檢波電路出來的直流電信號進(jìn)入第二信號放大電路;從第一信號放大電路出來的信號進(jìn)入第一低通濾波電路，從第二信號放大電路出來的信號進(jìn)入第二低通濾波電路，相敏檢波電路輸出的信號經(jīng)過放大電路后仍然存在244hz的鋸齒階梯，使用一階無源低通濾波后，變成純直流信號。
[0007]進(jìn)一步的，所述第一單軸傾角傳感器和第二單軸傾角傳感器均為電解質(zhì)傾角傳感器。
[0008]電解質(zhì)傾角傳感器具有靈敏度高、體積小、耐腐蝕、耐潮濕等特點(diǎn)，但溫度變化會(huì)影響其工作特性;本發(fā)明用的是RG-33T型傾角傳感器，RG-33T型傾角傳感器是一種液擺式電解質(zhì)傾角傳感器，測量范圍為-0.5°?+0.5°，分辨率為0.2〃，重復(fù)精度為0.0008°，時(shí)間常數(shù)為0.2s(20°C環(huán)境溫度下)。
[0009]電解質(zhì)型傾角傳感器可分為單軸和雙軸，本發(fā)明選用的是單軸傾角傳感器。單軸傾角傳感器有三個(gè)引腳，從密封的小玻璃瓶中引出。在盛有電解質(zhì)溶液的玻璃瓶中留有一氣泡，當(dāng)裝置傾斜時(shí)氣泡會(huì)運(yùn)動(dòng)使電阻發(fā)生變化而產(chǎn)生出傾角的“液體擺”，類似于機(jī)械式水平尺的玻璃水泡，因此也可稱電解質(zhì)型傾角傳感器為“電子水泡”。當(dāng)單軸傾角傳感器微微傾斜，電解質(zhì)液體流動(dòng)，在重力的作用下，電解質(zhì)液體表面保持水平。單軸傾角傳感器相當(dāng)于一個(gè)線性電位器R，改變單軸傾角傳感器傾斜角度，相當(dāng)于滑動(dòng)電位器的中間抽頭，兩端的電阻R1、R2發(fā)生相對變化，電阻與傾角成比例變化。而單軸傾角傳感器可以測量的傾角范圍為電解液容量、電極間距和電極長度的函數(shù)。
[0010]進(jìn)一步的，所述第一方波信號和第二方波信號的占空比為1:1，且頻率相同、幅度相等、相位相反。
[0011]進(jìn)一步的，所述第一方波信號的頻率與第一單軸傾角傳感器的頻率相匹配，第二方波信號的頻率與第二單軸傾角傳感器的頻率相匹配。
[0012]優(yōu)選的，所述第一方波信號和第二方波信號的頻率均為244Hz，幅度均為0.714V。對于不同類型的電解質(zhì)型傾角傳感器，激勵(lì)源電路產(chǎn)生的方波頻率可以不相同，本發(fā)明中激勵(lì)源電路產(chǎn)生的方波頻率選為244Hz。
[0013]進(jìn)一步的，所述激勵(lì)源電路由激勵(lì)源發(fā)生電路和激勵(lì)信號驅(qū)動(dòng)電路組成;激勵(lì)源發(fā)生電路由電壓基準(zhǔn)電路和斬波電路組成，激勵(lì)信號驅(qū)動(dòng)電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成的跟隨器組成。激勵(lì)源發(fā)生電路產(chǎn)生的兩路方波信號，經(jīng)兩個(gè)由運(yùn)算放大器組成的跟隨器作為驅(qū)動(dòng)電路，以提高激勵(lì)源驅(qū)動(dòng)能力。
[0014]由于電解質(zhì)型傾角傳感器電解液的特性，直流電流能引起電解質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，最終結(jié)果使電解質(zhì)失去導(dǎo)電性，對傳感器造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞，所以為了防止電解反應(yīng)的發(fā)生，傳給傳感器的信號不能含有直流必須為交變電流，在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓，電極之間會(huì)形成離子電流。
[0015]進(jìn)一步的，所述第一相敏檢波電路和第二相敏檢波電路都是由電子開關(guān)電路和相敏檢波器組成。電子開關(guān)電路用來控制相敏檢波器，當(dāng)電子開關(guān)電路處于“斷開”狀態(tài)時(shí)，相敏檢波器為反向運(yùn)算放大器，輸入與輸出信號反向；當(dāng)電子開關(guān)電路處于“接通”狀態(tài)時(shí)，相敏檢波器為同向運(yùn)算放大器，輸入與輸出信號同向。
[0016]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:采用本發(fā)明所述的傾角測量及校正系統(tǒng)，當(dāng)重力儀的角度發(fā)生傾斜時(shí)，能夠準(zhǔn)確的、高精度的測量出來傾角的大小，從而及時(shí)對重力儀進(jìn)行角度調(diào)整。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明產(chǎn)生的方波示意圖；
[0019]圖3是激勵(lì)源電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是第一相敏檢波電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖5是信號放大電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6是低通濾波電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步解釋說明。
[0024]—種適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括激勵(lì)源電路
1、第一單軸傾角傳感器電路2、第二單軸傾角傳感器電路3、第一相敏檢波電路4、第二相敏檢波電路5、第一信號放大電路6、第二信號放大電路7、第一低通濾波電路8和第二低通濾波電路9;
[0025]所述激勵(lì)源電路I產(chǎn)生第一方波信號a和第二方波信號a’，如圖2所示，方波的占空比為1:1，頻率為244HZ，信號幅度為0.714V;所述第一方波信號a輸入到第一單軸傾角傳感器電路2，第二方波信號a’輸入到第二單軸傾角傳感器電路3;從第一單軸傾角傳感器電路2出來的信號進(jìn)入到第一相敏檢波電路4，從第二單軸傾角傳感器電路3出來的信號進(jìn)入到第二相敏檢波電路5;從第一相敏檢波電路4出來的直流電信號進(jìn)入第一信號放大電路6，從第二相敏檢波電路5出來的直流電信號進(jìn)入第二信號放大電路7;從第一信號放大電路6出來的信號進(jìn)入第一低通濾波電路8，從第二信號放大電路7出來的信號進(jìn)入第二低通濾波電路9。
[0026]所述的激勵(lì)源電路I由激勵(lì)源發(fā)生電路和激勵(lì)信號驅(qū)動(dòng)電路組成;激勵(lì)源發(fā)生電路由電壓基準(zhǔn)電路和斬波電路組成，激勵(lì)信號驅(qū)動(dòng)電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成的跟隨器組成。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示:
[0027]由U17、U18、C34、C35、C36、R15、R16組成激勵(lì)源發(fā)生電路，從C34、C35輸入12v的直流電給U17，經(jīng)過U17后的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?v電壓，優(yōu)選MAX6350作為U17的型號，從U17出來的5v直流電壓經(jīng)過分壓作用的R15、R16，5v直流電壓變成0.714v后進(jìn)入C36濾波電容，經(jīng)過C36的濾波后進(jìn)入U(xiǎn)18，在U18中將0.714v的直流電轉(zhuǎn)變成幅值為0.714v的交流電；
[0028]由U19A、U19B、C26組成激勵(lì)信號驅(qū)動(dòng)電路，激勵(lì)源發(fā)生電路產(chǎn)生的兩路方波信號分別經(jīng)過U19A、U19B運(yùn)算放大器后得到第一方波信號a和第二方波信號a’，如圖3所示。
[0029]所述第一相敏檢波電路4和第二相敏檢波電路5電路組成相同，所起作用也相同，以第一相敏檢波電路4為例進(jìn)行說明。
[0030]相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號相位和選頻能力的檢波電路。第一相敏檢波電路4主要由兩部分組成，如圖4所示，一是由U22組成的電子開關(guān)電路，控制相敏檢波器;二是由U3C組成的相敏檢波器部分。當(dāng)電子開關(guān)電路處于“斷開”狀態(tài)時(shí)，相敏檢波器為反向運(yùn)算放大器，輸入與輸出信號反向；當(dāng)電子開關(guān)電路處于“接通”狀態(tài)時(shí)，相敏檢波器為同向運(yùn)算放大器，輸入與輸出信號同向。
[0031]第一信號放大電路6 由 U15、U3D、C22、C23、C24、R12、R22、R23、R35 等組成；第二信號放大電路 7 由1]21、1]40、025、029、031、1?14、1?21、1?25、1?27等組成。其中，所述1]15、1]21選用AD8429儀表放大器，AD8429放大微小信號，AD8429具有高共模抑制比(CMRR)，CMRR隨著增益提高而提高，如圖5所示，其中，圖上所述的測X電路指的是第一信號放大電路6，測Y電路指的是第二信號放大電路7。
[0032]相敏檢波輸出后，信號存在244Hz的鋸齒階梯，使用一階無源低通濾波后，變成純直流信號送到A/D入口端。由U3A、U3B、C13、C14、C15、C16、R9、R10、R11等組成第一低通濾波電路；由1]4六、1]48工21工28工32工33、1?13、1?24、1?28等組成第二低通濾波電路，如圖6所示。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括激勵(lì)源電路、第一單軸傾角傳感器電路、第二單軸傾角傳感器電路、第一相敏檢波電路、第二相敏檢波電路、第一信號放大電路、第二信號放大電路、第一低通濾波電路和第二低通濾波電路； 所述激勵(lì)源電路產(chǎn)生第一方波信號和第二方波信號;所述第一方波信號輸入到第一單軸傾角傳感器電路，第二方波信號輸入到第二單軸傾角傳感器電路;從第一單軸傾角傳感器電路出來的信號進(jìn)入到第一相敏檢波電路，從第二單軸傾角傳感器電路出來的信號進(jìn)入到第二相敏檢波電路;從第一相敏檢波電路出來的直流電信號進(jìn)入第一信號放大電路，從第二相敏檢波電路出來的直流電信號進(jìn)入第二信號放大電路;從第一信號放大電路出來的信號進(jìn)入第一低通濾波電路，從第二信號放大電路出來的信號進(jìn)入第二低通濾波電路。2.如權(quán)利要求1所述的適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)，其特征在于，所述第一方波信號和第二方波信號的占空比為1:1，且頻率相同、幅度相等、相位相反。3.如權(quán)利要求2所述的適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)，其特征在于，所述第一方波信號的頻率與第一單軸傾角傳感器的頻率相匹配，第二方波信號的頻率與第二單軸傾角傳感器的頻率相匹配。4.如權(quán)利要求2-3任一所述的適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)，其特征在于，所述第一方波信號和第二方波信號的頻率均為244Hz，幅度均為0.714V。5.如權(quán)利要求1所述的適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)，其特征在于，所述第一單軸傾角傳感器和第二單軸傾角傳感器均為電解質(zhì)傾角傳感器。6.如權(quán)利要求1所述的適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)，其特征在于，所述激勵(lì)源電路由激勵(lì)源發(fā)生電路和激勵(lì)信號驅(qū)動(dòng)電路組成;激勵(lì)源發(fā)生電路由電壓基準(zhǔn)電路和斬波電路組成，激勵(lì)信號驅(qū)動(dòng)電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成的跟隨器組成。7.如權(quán)利要求1所述的適用于重力儀的傾角測量及校正系統(tǒng)，其特征在于，所述第一相敏檢波電路和第二相敏檢波電路都是由電子開關(guān)電路和相敏檢波器組成。
【文檔編號】G01C9/24GK106052644SQ201610305984
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】陶照明, 秦佩, 王斌, 薛振海, 蔡璟原
【申請人】北京奧地探測儀器有限公司, 地質(zhì)礦產(chǎn)部北京地質(zhì)儀器廠