CN105258677A - 一种高精度倾角仪及智能温补系统 - Google Patents
一种高精度倾角仪及智能温补系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105258677A CN105258677A CN201510599777.9A CN201510599777A CN105258677A CN 105258677 A CN105258677 A CN 105258677A CN 201510599777 A CN201510599777 A CN 201510599777A CN 105258677 A CN105258677 A CN 105258677A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- inclinator
- microcontroller
- drift
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
- G01C9/02—Details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高精度倾角仪及智能温补系统,涉及倾角测量或倾角监测领域。该倾角仪包括倾角测量芯片和智能温补系统,当倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时,智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片;当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时,智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片、温度传感器,温度传感器置于倾角测量芯片的侧边。微控制器控制制热片、制冷片的启动/停止、功率的分级加载/卸载,获取温漂数组;在使用倾角仪时,微控制器自动完成温补。本发明能有效提高温补精度,减少温补工作量,提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及倾角测量或倾角监测领域,具体是涉及一种高精度倾角仪及智能温补系统。
背景技术
随着科学技术的发展,世界已经逐步进入物联网时代。传感器是获取自然和工程领域中各种信息的主要途径与技术手段,其性能好坏直接关系到测量结果的准确性和真实性。倾角仪作为一种测量倾角的传感器,在机械、土木及各种工程中应用非常广泛。
倾角仪中的倾角测量芯片所使用材料有其特定的温度性质,因此倾角仪在正常工作时,会受到内部电路产生的热量和外部气温变化的影响,也会受到封装结构和材料的影响,直接反映为倾角测量数据的温度漂移,简称温漂。申请号为201220432150.6的中国实用新型专利《高精度带温补倾角模块》提出:将倾角传感器和温度传感器用隔热材料封闭起来,然后人为进行温补试验,以达到克服温漂的目的。
然而,若要人为对高灵敏度的倾角仪进行精确的温补,需要非常苛刻的试验环境:既要考虑升温,又要尽量避免产生温补环境微震或气流流动,温补工作量较大。
另外,为了避免倾角仪从启动到正常工作之前产生温漂,倾角仪从启动到正常工作之前需要预热一段时间,这占用了一定的工作时间,导致工作效率降低。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足,提供一种高精度倾角仪及智能温补系统,能够降低倾角仪正常工作时对温补环境的要求,提高温补精度并减少温补工作量,减少倾角仪从启动到正常工作之前的预热时间,有效提高工作效率。
本发明提供一种高精度倾角仪,该倾角仪包括倾角测量芯片和智能温补系统,当倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时,所述智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片;当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时,所述智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片、温度传感器,温度传感器置于倾角测量芯片的侧边;
微控制器控制制热片、制冷片的启动/停止、功率的分级加载/卸载,获取温漂数组:
微控制器预先设定倾角仪温补过程中的温补上限温度T上限、温补下限温度T下限;倾角仪固定在混凝土隔震试验台上;倾角仪正常工作一段时间至其内部温度和倾角读数稳定时,微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零;
微控制器启动制冷片,制冷片分级进行功率加载,每级加载至倾角仪内部达到热平衡,即倾角仪内部的温度和温漂数据在一定时间内均稳定,制冷片才进行下一级功率加载,直至倾角仪内部的温度降至T下限以下时,制冷片才停止加载功率,并开始分级进行功率卸载,同时微控制器开始以一定频率采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级卸载过程中采集的数据保存为一组,每级卸载至倾角仪内部达到热平衡,制冷片才进行下一级功率卸载,直至制冷片的功率卸载到零;
在倾角仪内部达到热平衡后,微控制器启动制热片,制热片分级进行功率加载,每级加载至倾角仪内部达到热平衡之后,制热片才进行下一级功率加载,在上述过程中微控制器继续采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级加载过程中采集的数据保存为一组,直至倾角仪内部的温度升到T上限时,制热片停止工作,同时微控制器停止记录温度数据和温漂数据;
微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理:
微控制器从保存的多组数据中,提取每组中最后稳定的温度值和温漂值,作为该组的温漂数据,保存在温漂数组中,温漂数组中有若干列数据,n为温漂数组的总列数,m为温漂数组中列的序号,n、m均为正整数,且4≤m≤n;温漂数组中第m列的温度值为Tm,温漂数组中第m列的温漂值为Dm,温漂数组中第n列的温度值为Tn,温漂数组中第n列的温漂值为Dn;
在使用倾角仪时,微控制器自动完成温补:
使用倾角仪测量倾角时,人工将倾角仪的读数置零,同时记录置零时的温度T0,T0为此次测量的零漂温度,T下限<T0<T上限;
测量一段时间后,倾角仪的当前倾角读数为Ax,温度传感器记录倾角仪内部的当前温度为Tx,倾角仪在当前温度Tx下相对于零漂温度T0发生的温漂值为Dx-0,微控制器通过数据插值方法,结合温漂数组,计算出温漂值Dx-0;
微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值Areal:Areal=Ax-Dx-0,向外输出真实倾角测量值Areal。
在上述技术方案的基础上,所述微控制器计算温漂值Dx-0的公式为:
其中,x、k、k-1、j、j-1均为温漂数组中列的序号,x、k、k-1、j、j-1均为正整数,温漂数组中第x列中的温度值为Tx,温漂数组中第x列中的温漂值为Dx;温漂数组中第k列中的温度值为Tk,温漂数组中第k列中的温漂值为Dk;温漂数组中第k-1列中的温度值为Tk-1,温漂数组中第k-1列中的温漂值为Dk-1;温漂数组中第j列中的温度值为Tj,温漂数组中第j列中的温漂值为Dj;温漂数组中第j-1列中的温度值为Tj-1,温漂数组中第j-1列中的为温漂值Dj-1;
Tx对应的两个相邻数据列为(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk),这两个相邻数据列的线性插值点为Dx;
当T下限<Tx<T上限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)的温度值满足条件:Tk-1≤Tx≤Tk;当Tx<T下限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最前两列数据;当Tx>T上限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最后两列数据;
零漂温度T0对应的温漂数组中两个相邻数据列为(Tj-1、Dj-1)和(Tj、Dj),这两个相邻数据列的线性插值点为D0,这两个相邻数据列中的温度值满足条件:Tj-1≤T0≤Tj。
在上述技术方案的基础上,所述微控制器通过分段三次埃尔米特Hermite插值方法,结合温漂数组,计算出温漂值Dx-0。
在上述技术方案的基础上,所述微控制器获取温漂数组的过程中,外部环境的温度在-10℃~35℃之间。
在上述技术方案的基础上,所述制冷片分5~20级进行功率加载或卸载。
在上述技术方案的基础上,所述制冷片分10级进行功率加载或卸载。
在上述技术方案的基础上,所述倾角仪内部达到热平衡是指:倾角仪内部的温度和温漂数据在1~2分钟内均稳定。
在上述技术方案的基础上,所述微控制器以0.2~1HZ的频率采集温度数据和温漂数据。
在上述技术方案的基础上,所述微控制器以0.4HZ的频率采集温度数据和温漂数据。
在上述技术方案的基础上,所述制热片分级进行功率加载或卸载时,制热片分级的数量与制冷片分级的数量相同。
本发明还提供一种高精度倾角仪的智能温补系统,该系统位于倾角仪内部,倾角仪还包括倾角测量芯片,当倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时,所述智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片;当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时,所述智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片、温度传感器,温度传感器置于倾角测量芯片的侧边;
微控制器控制制热片、制冷片的启动/停止、功率的分级加载/卸载,获取温漂数组:
微控制器预先设定倾角仪温补过程中的温补上限温度T上限、温补下限温度T下限;倾角仪固定在混凝土隔震试验台上;倾角仪正常工作一段时间至其内部温度和倾角读数稳定时,微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零;
微控制器启动制冷片,制冷片分级进行功率加载,每级加载至倾角仪内部达到热平衡,即倾角仪内部的温度和温漂数据在一定时间内均稳定,制冷片才进行下一级功率加载,直至倾角仪内部的温度降至T下限以下时,制冷片才停止加载功率,并开始分级进行功率卸载,同时微控制器开始以一定频率采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级卸载过程中采集的数据保存为一组,每级卸载至倾角仪内部达到热平衡,制冷片才进行下一级功率卸载,直至制冷片的功率卸载到零;
在倾角仪内部达到热平衡后,微控制器启动制热片,制热片分级进行功率加载,每级加载至倾角仪内部达到热平衡之后,制热片才进行下一级功率加载,在上述过程中微控制器继续采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级加载过程中采集的数据保存为一组,直至倾角仪内部的温度升到T上限时,制热片停止工作,同时微控制器停止记录温度数据和温漂数据;
微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理:
微控制器从保存的多组数据中,提取每组中最后稳定的温度值和温漂值,作为该组的温漂数据,保存在温漂数组中,温漂数组中有若干列数据,n为温漂数组的总列数,m为温漂数组中列的序号,n、m均为正整数,且4≤m≤n;温漂数组中第m列的温度值为Tm,温漂数组中第m列的温漂值为Dm,温漂数组中第n列的温度值为Tn,温漂数组中第n列的温漂值为Dn;
在使用倾角仪时,微控制器自动完成温补:
使用倾角仪测量倾角时,人工将倾角仪的读数置零,同时记录置零时的温度T0,T0为此次测量的零漂温度,T下限<T0<T上限;
测量一段时间后,倾角仪的当前倾角读数为Ax,温度传感器记录倾角仪内部的当前温度为Tx,倾角仪在当前温度Tx下相对于零漂温度T0发生的温漂值为Dx-0,微控制器通过数据插值方法,结合温漂数组,计算出温漂值Dx-0;
微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值Areal:Areal=Ax-Dx-0,向外输出真实倾角测量值Areal。
在上述技术方案的基础上,所述微控制器计算温漂值Dx-0的公式为:
其中,x、k、k-1、j、j-1均为温漂数组中列的序号,x、k、k-1、j、j-1均为正整数,温漂数组中第x列中的温度值为Tx,温漂数组中第x列中的温漂值为Dx;温漂数组中第k列中的温度值为Tk,温漂数组中第k列中的温漂值为Dk;温漂数组中第k-1列中的温度值为Tk-1,温漂数组中第k-1列中的温漂值为Dk-1;温漂数组中第j列中的温度值为Tj,温漂数组中第j列中的温漂值为Dj;温漂数组中第j-1列中的温度值为Tj-1,温漂数组中第j-1列中的为温漂值Dj-1;
Tx对应的两个相邻数据列为(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk),这两个相邻数据列的线性插值点为Dx;
当T下限<Tx<T上限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)的温度值满足条件:Tk-1≤Tx≤Tk;当Tx<T下限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最前两列数据;当Tx>T上限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最后两列数据;
零漂温度T0对应的温漂数组中两个相邻数据列为(Tj-1、Dj-1)和(Tj、Dj),这两个相邻数据列的线性插值点为D0,这两个相邻数据列中的温度值满足条件:Tj-1≤T0≤Tj。
在上述技术方案的基础上,所述微控制器通过分段三次埃尔米特Hermite插值方法,结合温漂数组,计算出温漂值Dx-0。
在上述技术方案的基础上,所述微控制器获取温漂数组的过程中,外部环境的温度在-10℃~35℃之间。
在上述技术方案的基础上,所述制冷片分5~20级进行功率加载或卸载。
在上述技术方案的基础上,所述制冷片分10级进行功率加载或卸载。
在上述技术方案的基础上,所述倾角仪内部达到热平衡是指:倾角仪内部的温度和温漂数据在1~2分钟内均稳定。
在上述技术方案的基础上,所述微控制器以0.2~1HZ的频率采集温度数据和温漂数据。
在上述技术方案的基础上,所述微控制器以0.4HZ的频率采集温度数据和温漂数据。
在上述技术方案的基础上,所述制热片分级进行功率加载或卸载时,制热片分级的数量与制冷片分级的数量相同。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
(1)本发明在倾角仪内部增加制热片和制冷片,将倾角仪放置在混凝土隔震试验台上,通过倾角仪内部的微控制器,对制冷片、制热片的功率进行分级加载或分级卸载,每级加载或卸载达到倾角仪内部温度和温漂数据在一段时间内稳定,使倾角仪内部温度从温补下限温度T下限逐级升高,同时以一定的频率记录温度和温漂数据,倾角仪内部温度逐级上升,当上升到温补上限温度T上限时,停止制热片工作和数据记录。从每级加载或卸载记录的温度和温漂数据中,提取一组数值稳定的温度和温漂数据,存为温漂数组。测量倾角时,记录置零时温度为该次测量的零漂温度,当温度发生变化时,用当前测量值减去当前温度相对于零漂温度的相对温漂值,即得到真实倾角值,相对温漂值则利用温漂数组和插值方法得到。本发明中的方法具有良好的可行性和实用性,能够降低倾角仪正常工作时对温补环境的要求,使倾角仪在普通的隔震试验环境中,能够高精度地自动完成温漂数据的捕捉,并存储在倾角仪微控制器内部备用。在测量倾角时,利用温漂数组对测量的倾角进行温补修正,得到真实的倾角值,完成了高精度的仪器温补,能够有效提高温补精度,并减少温补工作量。
(2)采用本发明中的系统实现高精度温补时,能够缩短倾角仪从启动到正常工作之间的预热时间,倾角仪启动之后在较短时间内即可正常工作,能够有效提高工作效率,不影响测量结果。
附图说明
图1是本发明实施例中倾角仪的一种结构框图。
图2是本发明实施例中倾角仪的另一种结构框图。
图3是本发明实施例中倾角仪置于混凝土隔震试验台上的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明实施例提供一种高精度倾角仪,该倾角仪包括倾角测量芯片和智能温补系统(倾角测量芯片、智能温补系统均位于倾角仪内部)。
参见图1所示,当倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时,智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片,制热片、制冷片的功率、规格视具体情况而定;参见图2所示,当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时,智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片、温度传感器,温度传感器置于倾角测量芯片的侧边,制热片、制冷片的功率、规格视具体情况而定。
微控制器控制制热片、制冷片的启动/停止、功率的分级加载/卸载,获取温漂数组:
微控制器预先设定倾角仪温补过程中的温补上限温度T上限、温补下限温度T下限。参见图3所示,倾角仪固定在混凝土隔震试验台上,微控制器获取温漂数组的过程中,外部环境的温度在-10℃~35℃之间,允许环境温度有较小变动;倾角仪正常工作一段时间至其内部温度和倾角读数稳定时,微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零。
微控制器启动制冷片,制冷片分级进行功率加载,可以分5~20级,优选为10级,每级加载至倾角仪内部达到热平衡,即倾角仪内部的温度和温漂数据在一定时间内(1~2分钟)均稳定,制冷片才进行下一级功率加载,直至倾角仪内部的温度降至T下限以下时,制冷片才停止加载功率,并开始分级进行功率卸载,同时微控制器开始以一定频率采集温度数据和温漂数据,频率可以为0.2~1HZ,优选为0.4HZ,自动保存在微控制器的存储器内,且每级卸载过程中采集的数据保存为一组,每级卸载至倾角仪内部达到热平衡,制冷片才进行下一级功率卸载,直至制冷片的功率卸载到零。
在倾角仪内部达到热平衡后,微控制器启动制热片,制热片分级进行功率加载,制热片分级的数量最好与制冷片分级的数量相同,分为5~20级,优选为10级,每级加载至倾角仪内部达到热平衡之后,制热片才进行下一级功率加载,在上述过程中微控制器继续采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级加载过程中采集的数据保存为一组,直至倾角仪内部的温度升到T上限时,制热片停止工作,同时微控制器停止记录温度数据和温漂数据。
微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理:
微控制器从保存的多组数据中,提取每组中最后稳定的温度值和温漂值,作为该组的温漂数据,保存在温漂数组中,参见表1所示,温漂数组中有若干列数据,n为温漂数组的总列数,m为温漂数组中列的序号,n、m均为正整数,且4≤m≤n;温漂数组中第m列的温度值为Tm,温漂数组中第m列的温漂值为Dm,温漂数组中第n列的温度值为Tn,温漂数组中第n列的温漂值为Dn;温漂值的单位是角度单位″(秒),1″=(1/3600)°,1°=3600″。
表1、温漂数组的数据
列序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | … | m | … | n |
温度T/℃ | T1 | T2 | T3 | T4 | … | Tm | … | Tn |
温漂D/″ | D1 | D2 | D3 | D4 | … | Dm | … | Dn |
在使用倾角仪时,微控制器自动完成温补:
使用倾角仪实际测量倾角时,为了方便读数,人工将倾角仪的读数置零,同时记录置零时的温度T0(如重新置零,则用重新置零时的温度覆盖上次置零时的温度),T0为此次测量的零漂温度,T下限<T0<T上限。随着外界环境(气温、光照)的变化,倾角仪内部温度发生变化而产生温漂。
测量一段时间后,倾角仪的当前倾角读数为Ax,温度传感器记录倾角仪内部的当前温度为Tx,倾角仪在当前温度Tx下相对于零漂温度T0发生的温漂值为Dx-0,微控制器通过数据插值方法结合温漂数组计算出温漂值Dx-0。
微控制器计算温漂值Dx-0的具体公式为:
其中,x、k、k-1、j、j-1均为温漂数组中列的序号,x、k、k-1、j、j-1均为正整数,温漂数组中第x列中的温度值为Tx,温漂数组中第x列中的温漂值为Dx;温漂数组中第k列中的温度值为Tk,温漂数组中第k列中的温漂值为Dk;温漂数组中第k-1列中的温度值为Tk-1,温漂数组中第k-1列中的温漂值为Dk-1;温漂数组中第j列中的温度值为Tj,温漂数组中第j列中的温漂值为Dj;温漂数组中第j-1列中的温度值为Tj-1,温漂数组中第j-1列中的为温漂值Dj-1;
Tx对应的两个相邻数据列为(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk),这两个相邻数据列的线性插值点为Dx;
当T下限<Tx<T上限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)的温度值满足条件:Tk-1≤Tx≤Tk;当Tx<T下限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最前两列数据;当Tx>T上限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最后两列数据。
零漂温度T0对应的温漂数组中两个相邻数据列为(Tj-1、Dj-1)和(Tj、Dj),这两个相邻数据列的线性插值点为D0,且这两个相邻数据列中的温度值满足条件:Tj-1≤T0≤Tj。
一般情况下,上述数据插值方法采用基本的线性插值方法;若温补试验环境较好,温补精度要求更高时,数据插值方法可以选用分段三次Hermite(埃尔米特)插值方法。
微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值Areal:Areal=Ax-Dx-0,向外输出真实倾角测量值Areal。
下面通过一个具体的实施例进行详细说明。
本发明实施例提供一种高精度倾角仪,该倾角仪包括倾角测量芯片和智能温补系统(倾角测量芯片、智能温补系统均位于倾角仪内部)。
参见图2所示,当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时,智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片、温度传感器,温度传感器置于倾角测量芯片的侧边,制热片、制冷片的功率、规格视具体情况而定。本实施例中的倾角仪测量分辨率达到1″,精度5″,量程±15°,属于高精度倾角仪。
微控制器控制制热片、制冷片的启动/停止、功率的分级加载/卸载,获取温漂数组:
考虑到电子仪器一般可以在-20℃~80℃之间工作,微控制器预先设定倾角仪温补过程的温补上限温度T上限为70℃,温补下限温度T下 限为-15℃。参见图3所示,倾角仪固定在混凝土隔震试验台上。微控制器获取温漂数组的过程中,外部环境的温度在-10℃~35℃之间。倾角仪正常工作一段时间其内部温度和倾角读数稳定时,微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零。
微控制器启动制冷片,制冷片分10级进行功率加载,每级加载至倾角仪内部达到热平衡,即倾角仪内部的温度和温漂数据在一段时间(1分钟)内均稳定,制冷片才进行下一级功率加载,直至倾角仪内部的温度降至-15℃以下时,制冷片才停止加载功率,并开始分级进行功率卸载,同时微控制器开始以0.4HZ的频率采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级卸载过程中采集的数据保存为一组,每级卸载至倾角仪内部达到热平衡,制冷片才进行下一级功率卸载,直至制冷片的功率卸载到零;
在倾角仪内部达到热平衡后,微控制器启动制热片,制热片也分10级进行功率加载,每级加载至倾角仪内部达到热平衡之后,制热片才进行下一级功率加载,在上述过程中微控制器继续采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级加载过程中采集的数据保存为一组,直至倾角仪内部的温度超过70℃时,制热片停止工作,同时微控制器停止记录温度值和温漂值。
微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理:
微控制器筛从保存的多组数据中,提取每组中最后稳定的温度值和温漂值,作为该组的温漂数据,保存在温漂数组中,参见表2所示。
表2、温漂数组实例
数组序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
温度T/℃ | -14.5 | -6.3 | 2.0 | 10.2 | 18.3 | 26.6 | 34.9 | 43.3 | 51.4 | 59.7 | 67.8 |
温漂D/″ | -306 | -180 | -75 | 15 | 102 | 201 | 318 | 444 | 579 | 735 | 912 |
在使用倾角仪时,微控制器自动完成温补:
使用倾角仪测量倾角时,人工将倾角仪的读数置零,同时记录置零时的温度T0,T0为此次测量的零漂温度,T下限<T0<T上限;
测量一段时间后,倾角仪的当前倾角读数为Ax,温度传感器记录倾角仪内部的当前温度为Tx,倾角仪在当前温度Tx下相对于零漂温度T0发生的温漂值为Dx-0,微控制器通过数据插值方法,结合温漂数组,计算出温漂值Dx-0;
微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值Areal:Areal=Ax-Dx-0,向外输出真实倾角测量值Areal。
针对实际使用情况进行测试,温补效果如下:
使用倾角仪实际测量倾角时,倾角仪在启动2分钟(验证了不需较长的预热时间)之后,人工将倾角读数置零,紧接着倾角仪转动一小角度(1800″~3600″)后静止,此时测量值为2391″(1°=3600″),并记录下此时的温度值21.2℃。然后使用日光灯(50~100瓦)照射倾角仪,以模拟真实使用环境,倾角仪内部温度会升高,从25℃开始,每隔8℃记录一次倾角读数,当温度测量值升高到49°时,关掉日光灯,倾角仪自然冷却,直至倾角仪内部温度在一段时间内(2分钟)稳定,记录稳定温度时的倾角读数。
表3、温补效果的测试数据
顺序 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
温度T/℃ | 21.2 | 25 | 33 | 41 | 49 | 41 | 33 | 25 | 23.8 |
倾角读数A/″ | 2391 | 2385 | 2389 | 2396 | 2397 | 2392 | 2387 | 2386 | 2389 |
温漂D1/″ | 0 | -6 | -2 | 5 | 6 | 1 | -4 | -5 | -2 |
具体测试结果参见表3所示,可表3可知:温漂问题得到了良好的控制。
本发明中的系统容易实施,使倾角仪在普通的隔震试验环境中,能够高精度地自动完成温漂数据的捕捉,并存储在倾角仪微控制器内部备用。在测量倾角时,利用温漂数组对测量的倾角进行温补修正,得到真实的倾角值,完成了高精度的仪器温补;本发明中的系统进行的高精度温补时,能够有效缩短倾角仪预热时间,启动之后较短时间内即可正常工作,并且不会影响测量结果。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型,倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (20)
1.一种高精度倾角仪,该倾角仪包括倾角测量芯片,其特征在于:该倾角仪还包括智能温补系统,当倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时,所述智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片;当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时,所述智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片、温度传感器,温度传感器置于倾角测量芯片的侧边;
微控制器控制制热片、制冷片的启动/停止、功率的分级加载/卸载,获取温漂数组:
微控制器预先设定倾角仪温补过程中的温补上限温度T上限、温补下限温度T下限;倾角仪固定在混凝土隔震试验台上;倾角仪正常工作一段时间至其内部温度和倾角读数稳定时,微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零;
微控制器启动制冷片,制冷片分级进行功率加载,每级加载至倾角仪内部达到热平衡,即倾角仪内部的温度和温漂数据在一定时间内均稳定,制冷片才进行下一级功率加载,直至倾角仪内部的温度降至T下限以下时,制冷片才停止加载功率,并开始分级进行功率卸载,同时微控制器开始以一定频率采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级卸载过程中采集的数据保存为一组,每级卸载至倾角仪内部达到热平衡,制冷片才进行下一级功率卸载,直至制冷片的功率卸载到零;
在倾角仪内部达到热平衡后,微控制器启动制热片,制热片分级进行功率加载,每级加载至倾角仪内部达到热平衡之后,制热片才进行下一级功率加载,在上述过程中微控制器继续采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级加载过程中采集的数据保存为一组,直至倾角仪内部的温度升到T上限时,制热片停止工作,同时微控制器停止记录温度数据和温漂数据;
微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理:
微控制器从保存的多组数据中,提取每组中最后稳定的温度值和温漂值,作为该组的温漂数据,保存在温漂数组中,温漂数组中有若干列数据,n为温漂数组的总列数,m为温漂数组中列的序号,n、m均为正整数,且4≤m≤n;温漂数组中第m列的温度值为Tm,温漂数组中第m列的温漂值为Dm,温漂数组中第n列的温度值为Tn,温漂数组中第n列的温漂值为Dn;
在使用倾角仪时,微控制器自动完成温补:
使用倾角仪测量倾角时,人工将倾角仪的读数置零,同时记录置零时的温度T0,T0为此次测量的零漂温度,T下限<T0<T上限;
测量一段时间后,倾角仪的当前倾角读数为Ax,温度传感器记录倾角仪内部的当前温度为Tx,倾角仪在当前温度Tx下相对于零漂温度T0发生的温漂值为Dx-0,微控制器通过数据插值方法,结合温漂数组,计算出温漂值Dx-0;
微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值Areal:Areal=Ax-Dx-0,向外输出真实倾角测量值Areal。
2.如权利要求1所述的高精度倾角仪,其特征在于:所述微控制器计算温漂值Dx-0的公式为:
其中,x、k、k-1、j、j-1均为温漂数组中列的序号,x、k、k-1、j、j-1均为正整数,温漂数组中第x列中的温度值为Tx,温漂数组中第x列中的温漂值为Dx;温漂数组中第k列中的温度值为Tk,温漂数组中第k列中的温漂值为Dk;温漂数组中第k-1列中的温度值为Tk-1,温漂数组中第k-1列中的温漂值为Dk-1;温漂数组中第j列中的温度值为Tj,温漂数组中第j列中的温漂值为Dj;温漂数组中第j-1列中的温度值为Tj-1,温漂数组中第j-1列中的为温漂值Dj-1;
Tx对应的两个相邻数据列为(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk),这两个相邻数据列的线性插值点为Dx;
当T下限<Tx<T上限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)的温度值满足条件:Tk-1≤Tx≤Tk;当Tx<T下限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最前两列数据;当Tx>T上限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最后两列数据;
零漂温度T0对应的温漂数组中两个相邻数据列为(Tj-1、Dj-1)和(Tj、Dj),这两个相邻数据列的线性插值点为D0,这两个相邻数据列中的温度值满足条件:Tj-1≤T0≤Tj。
3.如权利要求1所述的高精度倾角仪,其特征在于:所述微控制器通过分段三次埃尔米特Hermite插值方法,结合温漂数组,计算出温漂值Dx-0。
4.如权利要求1所述的高精度倾角仪,其特征在于:所述微控制器获取温漂数组的过程中,外部环境的温度在-10℃~35℃之间。
5.如权利要求1所述的高精度倾角仪,其特征在于:所述制冷片分5~20级进行功率加载或卸载。
6.如权利要求5所述的高精度倾角仪,其特征在于:所述制冷片分10级进行功率加载或卸载。
7.如权利要求1所述的高精度倾角仪,其特征在于:所述倾角仪内部达到热平衡是指:倾角仪内部的温度和温漂数据在1~2分钟内均稳定。
8.如权利要求1所述的高精度倾角仪,其特征在于:所述微控制器以0.2~1HZ的频率采集温度数据和温漂数据。
9.如权利要求8所述的高精度倾角仪,其特征在于:所述微控制器以0.4HZ的频率采集温度数据和温漂数据。
10.如权利要求1所述的高精度倾角仪,其特征在于:所述制热片分级进行功率加载或卸载时,制热片分级的数量与制冷片分级的数量相同。
11.一种高精度倾角仪的智能温补系统,该系统位于倾角仪内部,倾角仪还包括倾角测量芯片,其特征在于:当倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时,所述智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片;当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时,所述智能温补系统包括微控制器、制热片、制冷片、温度传感器,温度传感器置于倾角测量芯片的侧边;
微控制器控制制热片、制冷片的启动/停止、功率的分级加载/卸载,获取温漂数组:
微控制器预先设定倾角仪温补过程中的温补上限温度T上限、温补下限温度T下限;倾角仪固定在混凝土隔震试验台上;倾角仪正常工作一段时间至其内部温度和倾角读数稳定时,微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零;
微控制器启动制冷片,制冷片分级进行功率加载,每级加载至倾角仪内部达到热平衡,即倾角仪内部的温度和温漂数据在一定时间内均稳定,制冷片才进行下一级功率加载,直至倾角仪内部的温度降至T下限以下时,制冷片才停止加载功率,并开始分级进行功率卸载,同时微控制器开始以一定频率采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级卸载过程中采集的数据保存为一组,每级卸载至倾角仪内部达到热平衡,制冷片才进行下一级功率卸载,直至制冷片的功率卸载到零;
在倾角仪内部达到热平衡后,微控制器启动制热片,制热片分级进行功率加载,每级加载至倾角仪内部达到热平衡之后,制热片才进行下一级功率加载,在上述过程中微控制器继续采集温度数据和温漂数据,自动保存在微控制器的存储器内,且每级加载过程中采集的数据保存为一组,直至倾角仪内部的温度升到T上限时,制热片停止工作,同时微控制器停止记录温度数据和温漂数据;
微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理:
微控制器从保存的多组数据中,提取每组中最后稳定的温度值和温漂值,作为该组的温漂数据,保存在温漂数组中,温漂数组中有若干列数据,n为温漂数组的总列数,m为温漂数组中列的序号,n、m均为正整数,且4≤m≤n;温漂数组中第m列的温度值为Tm,温漂数组中第m列的温漂值为Dm,温漂数组中第n列的温度值为Tn,温漂数组中第n列的温漂值为Dn;
在使用倾角仪时,微控制器自动完成温补:
使用倾角仪测量倾角时,人工将倾角仪的读数置零,同时记录置零时的温度T0,T0为此次测量的零漂温度,T下限<T0<T上限;
测量一段时间后,倾角仪的当前倾角读数为Ax,温度传感器记录倾角仪内部的当前温度为Tx,倾角仪在当前温度Tx下相对于零漂温度T0发生的温漂值为Dx-0,微控制器通过数据插值方法,结合温漂数组,计算出温漂值Dx-0;
微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值Areal:Areal=Ax-Dx-0,向外输出真实倾角测量值Areal。
12.如权利要求11所述的高精度倾角仪的智能温补系统,其特征在于:所述微控制器计算温漂值Dx-0的公式为:
其中,x、k、k-1、j、j-1均为温漂数组中列的序号,x、k、k-1、j、j-1均为正整数,温漂数组中第x列中的温度值为Tx,温漂数组中第x列中的温漂值为Dx;温漂数组中第k列中的温度值为Tk,温漂数组中第k列中的温漂值为Dk;温漂数组中第k-1列中的温度值为Tk-1,温漂数组中第k-1列中的温漂值为Dk-1;温漂数组中第j列中的温度值为Tj,温漂数组中第j列中的温漂值为Dj;温漂数组中第j-1列中的温度值为Tj-1,温漂数组中第j-1列中的为温漂值Dj-1;
Tx对应的两个相邻数据列为(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk),这两个相邻数据列的线性插值点为Dx;
当T下限<Tx<T上限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)的温度值满足条件:Tk-1≤Tx≤Tk;当Tx<T下限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最前两列数据;当Tx>T上限时,两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最后两列数据;
零漂温度T0对应的温漂数组中两个相邻数据列为(Tj-1、Dj-1)和(Tj、Dj),这两个相邻数据列的线性插值点为D0,这两个相邻数据列中的温度值满足条件:Tj-1≤T0≤Tj。
13.如权利要求11所述的高精度倾角仪的智能温补系统,其特征在于:所述微控制器通过分段三次埃尔米特Hermite插值方法,结合温漂数组,计算出温漂值Dx-0。
14.如权利要求11所述的高精度倾角仪的智能温补系统,其特征在于:所述微控制器获取温漂数组的过程中,外部环境的温度在-10℃~35℃之间。
15.如权利要求11所述的高精度倾角仪的智能温补系统,其特征在于:所述制冷片分5~20级进行功率加载或卸载。
16.如权利要求15所述的高精度倾角仪的智能温补系统,其特征在于:所述制冷片分10级进行功率加载或卸载。
17.如权利要求11所述的高精度倾角仪的智能温补系统,其特征在于:所述倾角仪内部达到热平衡是指:倾角仪内部的温度和温漂数据在1~2分钟内均稳定。
18.如权利要求11所述的高精度倾角仪的智能温补系统,其特征在于:所述微控制器以0.2~1HZ的频率采集温度数据和温漂数据。
19.如权利要求18所述的高精度倾角仪的智能温补系统,其特征在于:所述微控制器以0.4HZ的频率采集温度数据和温漂数据。
20.如权利要求11所述的高精度倾角仪的智能温补系统,其特征在于:所述制热片分级进行功率加载或卸载时,制热片分级的数量与制冷片分级的数量相同。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510599777.9A CN105258677B (zh) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 一种高精度倾角仪及智能温补系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510599777.9A CN105258677B (zh) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 一种高精度倾角仪及智能温补系统 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105258677A true CN105258677A (zh) | 2016-01-20 |
CN105258677B CN105258677B (zh) | 2017-12-22 |
Family
ID=55098462
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510599777.9A Active CN105258677B (zh) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 一种高精度倾角仪及智能温补系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105258677B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106581830A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-04-26 | 深圳融昕医疗科技有限公司 | 具有热转移功能的呼吸机及其控制方法 |
CN106840096A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-06-13 | 江西飞尚科技有限公司 | 一种优化温度补偿时间的测斜仪及方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1673677A (zh) * | 2005-04-15 | 2005-09-28 | 中国科学院合肥智能机械研究所 | 倾角仪零点和灵敏度温度补偿装置及其补偿方法 |
CN1908582A (zh) * | 2005-08-02 | 2007-02-07 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种电子倾角传感器的温度补偿方法及装置 |
CN202734816U (zh) * | 2012-08-29 | 2013-02-13 | 襄阳海特测控技术有限公司 | 高精度带温补倾角模块 |
KR101253866B1 (ko) * | 2010-12-28 | 2013-04-12 | 오진우 | 골프장 그린의 경사각 및 높낮이 측정장치 |
CN104697497A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-06-10 | 湖北三江航天红峰控制有限公司 | 一种数字式倾角传感器及其温度非线性补偿方法 |
-
2015
- 2015-09-18 CN CN201510599777.9A patent/CN105258677B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1673677A (zh) * | 2005-04-15 | 2005-09-28 | 中国科学院合肥智能机械研究所 | 倾角仪零点和灵敏度温度补偿装置及其补偿方法 |
CN1908582A (zh) * | 2005-08-02 | 2007-02-07 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种电子倾角传感器的温度补偿方法及装置 |
KR101253866B1 (ko) * | 2010-12-28 | 2013-04-12 | 오진우 | 골프장 그린의 경사각 및 높낮이 측정장치 |
CN202734816U (zh) * | 2012-08-29 | 2013-02-13 | 襄阳海特测控技术有限公司 | 高精度带温补倾角模块 |
CN104697497A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-06-10 | 湖北三江航天红峰控制有限公司 | 一种数字式倾角传感器及其温度非线性补偿方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106581830A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-04-26 | 深圳融昕医疗科技有限公司 | 具有热转移功能的呼吸机及其控制方法 |
CN106581830B (zh) * | 2016-12-15 | 2018-11-27 | 深圳融昕医疗科技有限公司 | 具有热转移功能的呼吸机及其控制方法 |
CN106840096A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-06-13 | 江西飞尚科技有限公司 | 一种优化温度补偿时间的测斜仪及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105258677B (zh) | 2017-12-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10094792B2 (en) | Method for analysis of thermal resistance | |
CN104849523B (zh) | 单相电能表的温度补偿方法 | |
CN107870000A (zh) | 基于多项式拟合技术的提高光纤陀螺零偏稳定性方法 | |
CN106017511A (zh) | 一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法 | |
CN103823991A (zh) | 一种考虑环境温度的重型机床热误差预测方法 | |
CN104702214B (zh) | 一种晶体振荡器频率补偿的方法 | |
CN104713574A (zh) | 一种闭环光纤陀螺标度因数高精度标定方法 | |
CN109884288B (zh) | 基于最优松弛时间域的沥青混合料Prony级数模型参数的确定方法 | |
CN105763159A (zh) | 一种移动终端频偏调整方法与装置 | |
CN104374495A (zh) | 温度传感器的r-t特性测试方法 | |
CN105953946A (zh) | 一种基于最小二乘的光纤陀螺温控装置温度系数标定方法 | |
CN102116687A (zh) | 温度传感器芯片校准温度精度的方法 | |
CN107860510A (zh) | 一种压力传感器的校准方法 | |
CN105258677A (zh) | 一种高精度倾角仪及智能温补系统 | |
CN106052668B (zh) | 一种大量程硅微陀螺仪非线性数字补偿方法 | |
CN103472262A (zh) | 量程可调式mems加速度计的参数标定方法 | |
CN104535257B (zh) | 一种硅压阻温度补偿评估方法 | |
CN104215654A (zh) | 一种变温变压条件下测量微量粉末样品导热系数的新方法 | |
CN107643777B (zh) | 用于电路板试验的环境温度调整方法及装置 | |
CN103018478B (zh) | 一种可自动零点补偿的热风速传感装置及测量风速的方法 | |
Cai et al. | Testing and analysis of the influence factors for the ground thermal parameters | |
CN105136118B (zh) | 一种高精度倾角仪的智能温补方法 | |
CN104865008A (zh) | 扭摆法转动惯量测量中扭杆温度补偿方法 | |
CN207882189U (zh) | 一种沥青混合料线收缩系数试验装置 | |
CN102865882A (zh) | 一种光纤陀螺启动时间的判定方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |