CN101236079A - 电子水平仪及其校准和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子水平仪及其校准和使用方法。它包括一个长方体盒体，盒体内安置加速度传感器、主电路板和LCD显示驱动器，盒体表面上设置LCD显示器和按键；电路结构是：主电路板上有微处理器和稳压电路，加速度传感器连接微处理器，微处理器连接LCD显示驱动器和按键，LCD显示驱动器连接LCD显示器，稳压电路为加速度传感器、微处理器和LCD显示驱动器提供工作电源。其校准方法采用两次水平校准和两次垂直校准。其使用方法是水平仪高端和低端分别处于被测面的高处和低处。本发明具有整体结构简单、成本较低、产品易制等特点，能满足大型或精密工程中检测水平及倾角的多种需要，具有广泛的应用前景。

Description

电子水平仪及其校准和使用方法

技术领域

本实发明属于测量类，尤其涉及水平仪、倾角仪及其校准和使用方法。

背景技术

水平仪是一种测量水平的测量仪器，广泛应用于建筑、桥梁等大型工程或精密工程中。目前水平仪常用的是水泡式传感器，通过测定水泡位置确定倾斜度，其精度较低；有的电子水平仪采用摆体垂线是否与水平仪相接触，来测量水平或垂直的方法，只能测量某一些角度。

总之，在上述的现有电子水平仪中，存在水平仪结构复杂，精度较低，不能用于精密测量，更无法对-5~95度内的角度进行测量等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子水平仪及其校准和使用方法，解决上面难题，以满足结构简单、提高精度和扩大测量范围等多方面需要。

为达到上述目的，本发明的构思是：

一种电子水平仪包括一个长方体盒体，其特征在于所述的盒体腔内安置加速度传感器、主电路板和LCD显示驱动器，盒体上表面上设置LCD显示器和按键；电路结构是：主电路板上有微处理器和稳压电路，加速度传感器连接微处理器，微处理器连接LCD显示驱动器和按键，LCD显示驱动器连接LCD显示器，稳压电路为加速度传感器、微处理器和LCD显示驱动器提供工作电源。

上述的盒体两端分别为高端和低端，传感器斜置于盒体的低端内腔与盒体水平测试面呈45度倾斜。

一种上述电子水平仪的校准方法，其特征在于采用水平和垂直校准来保证测量的精度。水平校准为将水平仪在同一水平面原地水平旋转180°前后两次加速度传感器的值求和；垂直校准为将水平仪分别在同一垂直面两侧的两次加速度传感器的值平均。用水平校准值和垂直校准值对每次加速度传感器测量值进行校准可保证测量的精度。

一种上述的电子水平仪的使用方法，其特征在于当被测面倾角大于5度时，高端必须放置于被测面高处，低端必须放置于被测面低处，加速度传感器测量轴方向指向电子水平仪的高端。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1，采用集成加速度传感器，体积小、精度高、耐冲击。

2，采用微处理器、LCD显示驱动器和LCD显示器组成测量电路，电路结构简单、器件低廉。

3，采用校准技术，可以达到较大的测量范围和较高的精度。

4，整体结构简单、产品易制，能满足大型或精密工程中检测水平及倾角的多种需要，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1表示本发明一个实施例的电路原理框图。

图2是图1示例的机械结构的示意图。

图3表示本发明水平仪的校准操作流程图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例结合附图详述如下：

图1表示本电子水平仪实施例的方框图。本电子水平仪由加速度传感器1、微处理器2、LCD显示驱动器3、LCD显示器4、稳压电路5、和按键6组成。

加速度传感器1，用于采集加速度信号，并以模拟电压信号的形式输送到微处理器2进行数据译码和处理，加速度传感器可选用SCA60C或其它。

微处理器2，用于将加速度传感器1的模拟信号进行AD转换、对数据进行校正、译码，将信号变为与水平面的夹角值，送至LCD显示驱动器3，将数值显示出来，可选用HT46R52或其它。

稳压电路5，用于为各器件提供稳定电压，尤其为加速度传感器和AD转换提供稳定、精确的电压，可选用HT7750或其它。

按键6，用于为电子水平仪提供多种功能，以及0度和90度基准电压校准中校准步骤的选择。

LCD显示驱动器3和LCD显示器4，用于将微处理器2输入的测量数据值，以数字形式显示其精确的角度测量数据，可选用HT1621或其它。

图2表示本电子水平仪机械结构的示意图。加速度传感器1与长方体盒体7的水平测试面呈斜45度放置，且使加速度传感器1测量轴方向指向水平仪高端，采取这种方法使原来只能精确测量-50~50度范围的加速度传感器能精确测量-5~95度的范围，但必须使高端置于被测面高处。按键6有“开/关”、“校准/保持”、“角度/百分比切换”、“清零/校准确定”和“背光”5个功能键，按键电路、微处理器2和稳压电路5在主电路板8上，LCD显示驱动3在LCD显示器下方的电路板上，各电路板之间以导线相连。

图3表示本电子水平仪校准动作操作流程图，表示对由于温度等原因导致的加速度传感器输出信号漂移的问题进行校准的步骤。使用者打开本电子水平仪的电源，使其开始动作，水平仪首先开始步骤1的处理。

在步骤2中，使用者把水平仪放在一个相对平整且角度不大于5°的平面上，按按键6中开始校准按钮，然后按按键6中确定按钮，将水平校准1的结果保存，并进入步骤3。

在步骤3中，使用者把水平仪在原地水平旋转180°，按按键6中确定按钮，便将水平校准2的结果保存，并进入步骤4。

在步骤4中，将两次水平校准值相加，便是加速度传感器在倾斜90度时的基准输出电压值，将其结果保存，并进入垂直校准步骤5。

在步骤5中，使用者把水平仪放在接近90°的竖直平行面一侧，按按键6中确定按钮，便将垂直校准1的结果保存，并进入步骤6。

在步骤6中，使用者把水平仪放在竖直平行面的另一侧，按按键6中确定按钮，便将垂直校准2的结果保存，并进入步骤7。

在步骤7中，将两次垂直校准值平均，便是加速度传感器在水平时的基准输出电压值，将其结果保存，校准过程结束。

这样实际测量后的数据由微处理器2进行演算，可得到经过校准后的角度值，由LCD显示驱动器3和LCD显示器4加以显示。

该演算可以由下列的式(1)表示。

angle＝45+arcsin(A(v-v0)/(v90-v0))            (1)

(angle：演算出的角度值，

v：实际测出的电压值，

v90：倾斜90度时的基准输出电压值，

v0：水平时的基准输出电压值。

A：固定值)

本发明的工作原理如下：电子水平仪进行测量工作时，将电子水平仪高端放置于被测面高处，低端放置于被测面低处。加速度传感器1输出与重力加速度在加速度传感器1测量轴上的分量成正比的模拟电压信号，由微处理器2对该电压信号进行AD转换，得到初步测量数据，对该数据采用公式(1)进行计算，得到精确的测量角度，再经过LCD显示驱动器3驱动LCD显示器4，LCD显示器4显示出当前所测平面的倾斜角度。键盘6设有“角度/百分比切换”、“清零/校准确定”等功能键，能实现其他如测倾斜度和相对角度等附加功能。

本发明的水平仪，由于采用上述构造和校正方法，使水平仪的测量精度得到了很大的提高，测量范围可以达到-5~95度，能达到实际工程中要求的精度和测量范围。

Claims (4)

1.一种电子水平仪，包括一个长方体盒体(7)，其特征在于所述的盒体(7)腔内安置加速度传感器(1)、主电路板(8)和LCD显示驱动器(3)，盒体(7)上表面上设置LCD显示器(4)和按键(6)；电路结构是：主电路板(8)上有微处理器(2)和稳压电路(5)，加速度传感器(1)连接微处理器(2)，微处理器(2)连接LCD显示驱动器(3)和按键(6)，LCD显示驱动器(3)连接LCD显示器(4)，稳压电路(5)为加速度传感器(1)、微处理器(2)和LCD显示驱动器(3)提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的电子水平仪，其特征在于所述的盒体(7)两端分别为高端和低端，传感器(1)斜置于盒体(7)的低端内腔与盒体(7)水平测试面呈45度倾斜。

3.一种根据权利要求1所述电子水平仪的校准方法，其特征在于采用水平和垂直校准来保证测量的精度。水平校准为将水平仪在同一水平面原地水平旋转180°前后两次加速度传感器的值求和；垂直校准为将水平仪分别在同一垂直面两侧的两次加速度传感器的值平均。用水平校准值和垂直校准值对每次加速度传感器测量值进行校准可保证测量的精度。

4.一种根据权利要求2所述的电子水平仪的使用方法，其特征在于当被测面倾角大于5度时，高端必须放置于被测面高处，低端必须放置于被测面低处，加速度传感器测量轴方向指向电子水平仪的高端。

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