CN102419170A - 一种倾角测量装置、方法及处理器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倾角测量装置、方法及处理器，该测量装置包括：轴(10)；重锤(20)，该重锤(20)连接于所述轴(10)上，并于待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转；传感器(30)，用于检测所述轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转的角度或弧长；以及处理器(40)，与所述传感器(30)相连，用于接收所述角度或弧长，并根据该角度或弧长，计算所述倾角。本发明采用纯机械式元件实现倾角测量，可避免微机械式敏感元件温度漂移大以及甚至85℃以上无法使用的问题。另外，本发明根据线性公式计算出倾角，避免了微机械式敏感元件所存在的非线性化问题，提高了测量精度。

Description

一种倾角测量装置、方法及处理器

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种倾角测量装置、方法及处理器。

背景技术

目前，工程机械领域所使用的倾角传感器一般采用重力加速度敏感元件，该重力加速度敏感元件通过MEMS微机电工艺加工而成，其可测量位于倾角传感器内的摆锤的加速度。之后，根据该加速度、重力加速度以及三角函数关系，计算重力垂直轴与加速度灵敏轴之间的夹角，即实际的倾角。

由于所述重力加速度敏感元件通过MEMS微机电工艺加工而成，其在环境温度变化时，会像其他集成电路一样出现温度漂移现象。虽然已在该倾角传感器在出厂之前通过复杂的温度补偿来解决这一问题，然而在环境温度超过一定温度(例如，85℃)时，温度漂移会相当严重，从而导致倾角测量值超出一定精度范围，导致该倾角传感器无法使用。

另外，由于所测量的加速度与实际的倾角成三角函数关系，即非线性关系，存在近似计算，故所带来的非线性化问题会使得倾角传感器的精度受到严重制约。

发明内容

本发明的目的是提供一种倾角测量装置、方法及处理器，该装置、方法及处理器可解决上述采用重力加速度敏感元件的倾角传感器所存在的温度及精度限制，实现各种环境下的倾角的精确测量。

为了实现上述目的，本发明提供一种倾角测量装置，该测量装置包括：轴；重锤，该重锤连接于所述轴上，并于待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴绕该轴的轴心旋转；传感器，用于检测所述轴绕该轴的轴心旋转的角度或弧长；以及处理器，与所述传感器相连，用于接收所述角度或弧长，并根据该角度或弧长，计算所述倾角。

本发明提供一种用于计算倾角的处理器，该处理器包括：接收装置，用于接收一轴绕该轴的轴心旋转的角度或弧长，该轴安装于待测对象上，且一重锤连接于所述轴上，并于所述待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴旋转；以及计算装置，与所述接收装置相连，用于根据所述角度或弧长，计算所述倾角。

本发明提供一种倾角测量方法，该方法包括：测量一轴绕该轴的轴心旋转的角度或弧长，该轴安装于待测对象上，且一重锤连接于所述轴上，并于所述待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴旋转；以及根据所述角度或弧长，计算所述倾角。

通过上述技术方案，采用纯机械式元件实现倾角测量，可避免微机械式敏感元件温度漂移大以及甚至85℃以上无法使用的问题。另外，本发明可通过测量轴在待测对象倾角变化时绕该轴的轴心旋转的角度或弧长，根据线性公式计算出倾角，避免了微机械式敏感元件所存在的非线性化问题，提高了测量精度。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的倾角测量装置的结构示意图；

图2为本发明提供的用于倾角测量的处理器的结构示意图；以及

图3为本发明提供的倾角测量方法的流程图。

附图标记说明

10轴            20重锤

30传感器        31拉索

41接收装置      42计算装置

100支撑点

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1为本发明提供的倾角测量装置的结构示意图。如图1所示，本发明提供了一种倾角测量装置，该测量装置包括：轴10；重锤20，该重锤20连接于所述轴10上，并于待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴10绕该轴10的轴心旋转；传感器30，用于检测所述轴10绕该轴10的轴心旋转的角度或弧长；以及处理器40，与所述传感器30相连，用于接收所述角度或弧长，并根据该角度或弧长，计算所述倾角。

在具体使用时，可将所述轴10置于待测对象(诸如工程机械上做俯仰动作的臂架)的支撑点100上，从而在待测对象的倾斜角发生变化时，所述重锤20可带动轴10旋转。

如果所述传感器30所测量的量为所述轴10绕该轴10的轴心旋转的弧长，则所述处理器40根据以下公式计算所述倾角：θ＝θ_initial+l×180/πr，其中，θ为所述倾角，θ_initial为初始倾角，l为所述轴10绕该轴10的轴心旋转的弧长，r为所述轴10的半径。如果所述传感器30所测量的量为所述轴10绕该轴10的轴心旋转的角度，则根据以下公式计算所述倾角：θ＝θ_initial+θ_detected，其中，θ为所述倾角，θ_initial为初始倾角，θ_detected为所述轴10绕该轴10的轴心旋转的角度。

所述初始倾角可为待测对象水平放置时的倾角，即为0，亦可为待测对象处于其他位置时的倾角。最初，可对待测对象从水平放置运动到处于一位置时所述轴10绕该轴10的轴心旋转的角度或弧长进行测量，利用上述公式，可计算出待测对象处于该位置时的倾角。在待测对象由所述位置运动到另一位置时，可根据待测对象处于该位置时的倾角(即，所述初始倾角θ_initial)以及上述公式，计算待测对象处于所述另一位置时的倾角。

其中，所述重锤20可通过柔性连接件连接于所述轴10上，亦可直接机械固定于所述轴10上，只要可在待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴10旋转即可。

其中，所述轴10可为圆柱体轴，亦可为圆锥体轴、微带菱角的圆柱体轴或圆锥体轴等，本发明并不限于此，可在重锤20的拉力下绕其轴心灵活旋转的任何轴皆可适用于此。

优选地，所述轴10与待测对象相接触的表面涂有润滑油脂(例如，硅油等粘性油脂)，藉此可使该轴10更易于旋转，提高倾角测量装置的响应速度及跟踪精度。

其中，所述传感器30可为拉索式位移传感器，该拉索式位移传感器的拉索31缠绕于所述轴10上，从而可在轴10旋绕其轴心旋转时，可带动拉索长度变化，之后该拉索式位移传感器可检测该拉索长度变化，该长度变化即为所述轴10绕该轴10的轴心旋转的弧长。优选地，该轴10的用于缠绕拉索的部分具有较好的耐磨性，以避免打滑。

其中，所述传感器30可为磁电式位移传感器，该磁电式位移传感器的活动部分(诸如，齿轮盘等)安装在所述轴10上，且随该轴10的旋转而旋转，该磁电式位移传感器的检测部分可检测所述活动部分转过的弧长(对应于所述轴在待测对象倾角发生变化时绕其轴心旋转的弧长)。之后，可利用上述公式θ＝θ_initial+l×180/πr计算待测对象的倾角，不同之处在于，此时r为所述活动部分的半径。

其中，所述传感器30可为旋转角度传感器，该旋转角度传感器安装在所述轴10上，且随该轴10的旋转而旋转，其可测量轴10绕其轴心旋转的角度。之后，可利用上述公式θ＝θ_initial+θ_detected测量待测对象的倾角。

需要说明的是，本发明并不限于在此所列举的这些传感器，任何可实现对所述轴绕其轴心旋转的弧长或角度进行测量的传感器皆适用于此。

优选地，所述倾角测量装置还可包括滤波装置，该滤波装置连接于所述传感器30与所述处理器40之间，用于对输出自所述传感器30的信号进行滤波，并将滤波后的信号输出至所述处理器40。藉此可滤除噪声，提高倾角测量精度。

图2为本发明提供的用于倾角测量的处理器的结构示意图。如图2所示，本发明提供了一种用于计算倾角的处理器40，该处理器40包括：接收装置41，用于接收一轴10绕该轴10的轴心旋转的角度或弧长，该轴10安装于待测对象上，且一重锤20连接于所述轴10上，并于所述待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴10旋转；以及计算装置42，与所述接收装置41相连，用于根据所述角度或弧长，计算所述倾角。

其中所述计算装置42根据以下公式计算所述倾角：θ＝θ_initial+l×180/πr或θ＝θ_initial+θ_detected，其中，θ为所述倾角，θ_initial为初始倾角，l为所述轴10绕该轴10的轴心旋转的弧长，r为所述轴10的半径，θ_detected为所述轴10绕该轴10的轴心旋转的角度。

有关该处理器的具体描述可参照上述针对倾角测量装置的描述，于此不再赘述。

图3为本发明提供的倾角测量方法的流程图。如图3所示，本发明提供了一种倾角测量方法，该方法包括：测量一轴10绕该轴10的轴心旋转的角度或弧长，该轴10安装于待测对象上，且一重锤20连接于所述轴10上，并于所述待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴10旋转；以及根据所述角度或弧长，计算所述倾角。

其中，所述计算所述倾角通过以下公式计算所述倾角：θ＝θ_initial+l×180/πr或θ＝θ_initial+θ_detected，其中，θ为所述倾角，θ_initial为初始倾角，l为所述轴10绕该轴10的轴心旋转的弧长，r为所述轴10的半径，θ_detected为所述轴10绕该轴10的轴心旋转的角度。

有关该倾角测量方法的具体描述可参照上述针对倾角测量装置的描述，于此不再赘述。

通过上述技术方案，采用纯机械式元件实现倾角测量，可避免微机械式敏感元件温度漂移大以及甚至85℃以上无法使用的问题。另外，本发明可通过测量轴在待测对象倾角变化时绕该轴的轴心旋转的角度或弧长，根据线性公式计算出倾角，这样不存在近似计算，避免了微机械式敏感元件所存在的非线性化问题，提高了测量精度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种倾角测量装置，其特征在于，该测量装置包括：

轴(10)；

重锤(20)，连接于所述轴(10)上，并于待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转；

传感器(30)，用于检测所述轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转的角度或弧长；以及

处理器(40)，与所述传感器(30)相连，用于接收所述角度或弧长，并根据该角度或弧长，计算所述倾角。

2.根据权利要求1所述的倾角测量装置，其特征在于，所述处理器(40)根据以下公式计算所述倾角：

θ＝θ_initial+l×180/πr或θ＝θ_initial+θ_detected

其中，θ为所述倾角，θ_initial为初始倾角，l为所述轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转的弧长，r为所述轴(10)的半径，θ_detected为所述轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转的角度。

3.根据权利要求1所述的倾角测量装置，其特征在于，所述轴(10)为圆柱体轴。

4.根据权利要求1所述的倾角测量装置，其特征在于，所述轴(10)与待测对象相接触的表面涂有润滑油脂。

5.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的倾角测量装置，其特征在于，所述传感器(30)为拉索式位移传感器，该拉索式位移传感器的拉索(31)缠绕于所述轴(10)上。

6.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的倾角测量装置，其特征在于，所述传感器(30)为磁电式位移传感器，该磁电式位移传感器的活动部分安装在所述轴(10)上，且随该轴(10)的旋转而旋转。

7.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的倾角测量装置，其特征在于，所述传感器(30)为旋转角度传感器，该旋转角度传感器安装在所述轴(10)上，且随该轴(10)的旋转而旋转。

8.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的倾角测量装置，其特征在于，该倾角测量装置还包括滤波装置，该滤波装置连接于所述传感器(30)与所述处理器(40)之间，用于对输出自所述传感器(30)的信号进行滤波，并将滤波后的信号输出至所述处理器(40)。

9.一种用于计算倾角的处理器，其特征在于，该处理器包括：

接收装置(41)，用于接收一轴绕该轴的轴心旋转的角度或弧长，该轴安装于待测对象上，且一重锤连接于所述轴上，并于所述待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴旋转；以及

计算装置(42)，与所述接收装置(41)相连，用于根据所述角度或弧长，计算所述倾角。

10.根据权利要求9所述的处理器，其特征在于，所述计算装置(42)根据以下公式计算所述倾角：

θ＝θ_initial+l×180/πr或θ＝θ_initial+θ_detected

其中，θ为所述倾角，θ_initial为初始倾角，l为所述轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转的弧长，r为所述轴(10)的半径，θ_detected为所述轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转的角度。

11.一种倾角测量方法，其特征在于，该方法包括：

测量一轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转的角度或弧长，该轴(10)安装于待测对象上，且一重锤(20)连接于所述轴(10)上，并于所述待测对象的倾角发生变化时，带动所述轴(10)旋转；以及

根据所述角度或弧长，计算所述倾角。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述计算所述倾角通过以下公式计算所述倾角：

θ＝θ_initial+l×180/πr或θ＝θ_initial+θ_detected

其中，θ为所述倾角，θ_initial为初始倾角，l为所述轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转的弧长，r为所述轴(10)的半径，θ_detected为所述轴(10)绕该轴(10)的轴心旋转的角度。

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