CN108413913A - 高精度位移测量装置 - Google Patents

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CN108413913A
CN108413913A CN201810562882.9A CN201810562882A CN108413913A CN 108413913 A CN108413913 A CN 108413913A CN 201810562882 A CN201810562882 A CN 201810562882A CN 108413913 A CN108413913 A CN 108413913A
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王鸣山
王胜男
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CNNC Tianjin Technology Development Co Ltd
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CNNC Tianjin Technology Development Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness

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Abstract

本发明公开了一种高精度位移测量装置，包括测量加速度的加速度采集装置，所述加速度采集装置将测量的加速度传输至滤波调理装置，所述滤波调理装置与温度补偿装置相连，所述滤波调理装置通过温度补偿装置对加速度采集装置的加速度进行补偿并输出位移。本发明能够获取时刻内温度值的均值和方差，同时对加速度进行滤波和数学变化，获得初步的观测结果，再构造带有将温度补偿的修正函数，完成最终的静噪和补偿，获得输出结果，并获得位移。本发明能够在不依赖参照系或其他辅助标的物的情况下，能够进行位移或距离测量。可以室外‑20℃‑50℃条件下，在无参照场景中，对发生的位移进行测量，可同时测量多个方向的位移变化。

Description

高精度位移测量装置
技术领域
本发明属于距离或位移测量领域，具体涉及一种高精度位移测量装置。
背景技术
中国专利CN103322956A中公开了一种利用加速度传感器计算位移的方法和移动终端，该专利公开了通过利用平均加速度的方式获取运动分类并得到位移值。
中国专利CN205262436U中公开了一种基于加速度原理的空间位移测量装置，该专利公开了利用加速度传感器进行测量，并通过无线发射模块进行接收，然后通过接收模块和数字信号转换器进行计算。
上述专利中，全部通过加速度传感器获得加速度，进一步的对所获得的加速度进行二次积分，获得位移量。但上述两专利中，没有对使用环境的温度进行补偿，仅对传感器的观测值进行初步的低通滤波，没用进行实时的校正，故此，上述专利在实际使用中会带来一定的误差和扰动，使用条件也相对较窄。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种高精度位移测量装置。
本发明的技术方案是：一种高精度位移测量装置，包括测量加速度的加速度采集装置，所述加速度采集装置将测量的加速度传输至滤波调理装置，所述滤波调理装置与温度补偿装置相连，所述滤波调理装置通过温度补偿装置对加速度采集装置的加速度进行补偿并输出位移。
所述滤波调理装置包括接收加速度和温度的MCU控制器，所述MCU控制器与实时更迭存储温度值的存储器相连。
所述MCU控制器还与计时用的计时器相连。
所述计时器为集成在MCU控制器中的计时器或外置式计时器。
所述加速度采集装置为加速度传感器。
所述温度补偿装置为温度传感器。
本发明能够获取时刻内温度值的均值和方差，并实时更新迭代，同时对加速度进行滤波和数学变化，获得初步的观测结果，再构造带有将温度补偿的修正函数，完成最终的静噪和补偿，获得输出结果，将输出结果进行时域上的积分，从而获得位移。
本发明能够在不依赖参照系或其他辅助标的物的情况下，能够进行位移或距离测量。可以室外-20℃-50℃条件下，在无参照场景中，对发生的位移进行测量，可同时测量多个方向的位移变化。
附图说明
图1是本发明中测量装置的连接示意图；
图2是本发明中测量方法的方法流程图；
其中：
1 滤波调理装置 2 加速度采集装置
3 温度补偿装置 4 加速度传感器
5 温度传感器 6 MCU控制器
7 存储器 8 计时器。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种高精度位移测量装置，包括测量加速度的加速度采集装置2，所述加速度采集装置2将测量的加速度传输至滤波调理装置1，所述滤波调理装置1与温度补偿装置3相连，所述滤波调理装置1通过温度补偿装置3对加速度采集装置2的加速度进行补偿并输出位移。
所述滤波调理装置1包括接收加速度和温度的MCU控制器6，所述MCU控制器6与实时更迭存储温度值的存储器7相连。
所述MCU控制器6还与计时用的计时器8相连。
所述计时器8为集成在MCU控制器6中的计时器或外置式计时器。
所述加速度采集装置2为加速度传感器4。
所述温度补偿装置3为温度传感器5。
所述加速度传感器4是市售的产品，其型号可以但不限于ADXL345、MPU6050、MPU9050。加速度传感器5自身精度对加速度的测量值准确度有影响。
所述温度传感器5是市售的产品，其型号可以但不限于DS18B20，温度传感器5的测温范围将决定产品的使用条件，同时，温度传感器5的精度也对最终的测量结果产生影响。
所述滤波调理装置1由市售的控制器组成，可以是但不限定是STM32F103C8T6，AVRAtmega328，其中MCU控制器6的运算速度对最终结果的测量速率产生影响，从而影响积分运算。过低的运算速度将导致损失有效计算位数而降低精度。
所述滤波调理装置1中的另一个组成是存储器7，可以是但不限定是Flash，EEPROM。
所述加速度传感器4为三轴加速度传感器。
如图2所示，一种高精度位移测量装置的测量方法，包括以下步骤：
ⅰ.获取温度和加速度S1
通过温度补偿装置3采集一段时间内的实时温度，并获得在时刻内的温度均值和方差，保存在存储器7中，并实时更新迭代，同时通过加速度采集装置2获取加速度的测量值。
ⅱ.对加速度进行滤波处理S2
对步骤ⅰ中的加速度进行滤波降噪处理。
ⅲ.对温度进行补偿处理S3
对步骤ⅰ中的温度进行补偿处理。
ⅳ.构造带有温度补偿的修正函数并输出结构S4
构造带有温度补偿的修正函数，完成最终的静噪和补偿，获得输出结果。
ⅴ.在输出结果上进行时域积分得到位移值S5
根据步骤ⅳ的输出结果，在时域中进行积分，得到精确的位移值。
所述步骤ⅱ中滤波降噪的方法为小波卡尔曼滤波、低通滤波、自适应蒙特拉罗滤波、粒子滤波或高斯均值滤波中的一种。
所述步骤ⅲ中补偿处理方法包括以下步骤：
a.控制环境温度为-10℃，取X轴向0g即静止时刻的加速度读数，读取10次，求上述10次读数的平均值。
b.从-10℃每间隔10摄氏度，取X轴向0g即静止时刻加速度读数，读取10次，求该10次读数的平均值。
c.重复步骤a和步骤b，建立温度与0g即静止时刻的关系式。
d.近似的认为，相邻特征温度间的变化值和读取的加速度计算为一次函数，则温度表示模型为。
ΔF＝a2T+a1T0+a0；
其中，a0,a1,a2均为拟合系数，T0为0℃时偏差值，T为环境温度，ΔF为需要补偿的温度；
e.通过最小二乘法拟合函数，形成补偿温度。
所述步骤ⅳ中构造带有温度补偿的修正函数包括如下步骤：
首先，读取存储器的初值，构造修正函数项T为：
T＝θΔF
则加速度表示为：
将ΔF保存至存储器7中，并依此迭代循环。
步骤ⅱ中对加速度进行滤波处理，包括以下步骤：
设观测窗口带宽为N，加速度测量值的序列为YN，过程如下：
1.在每一个带宽窗口内，对获得的加速度测量序列进行小波变换A(YN)。
2.在小波域内，进行低通滤波，假设算子设为B，获得新序列为B(A(YN))。
3.对粗降噪后的序列，进行小波变换逆变换，
设为XN1＝A-1B(A(YN))。
4.获得噪声的统计特征是：
5.利用算子C，抑制正常信号，对YN序列添加人工噪声。获得噪声序列，即C(A(YN))。
6.对噪声序列进行小波变换逆变换
设为VN2＝A-1C(A(YN))。
7.进行距估计，这里可以是其他大数定理方法，如切比雪夫估计等。获得一阶、二阶估计值。
8.以此作为初始估计，YN的估计值，循环这一过程获得YN+1的估计，从而迭代。
本发明能够获取时刻内温度值的均值和方差，并实时更新迭代，同时对加速度进行滤波和数学变化，获得初步的观测结果，再构造带有将温度补偿的修正函数，完成最终的静噪和补偿，获得输出结果，将输出结果进行时域上的积分，从而获得位移。
本发明能够在不依赖参照系或其他辅助标的物的情况下，能够进行位移或距离测量。可以室外-20℃-50℃条件下，在无参照场景中，对发生的位移进行测量，可同时测量多个方向的位移变化。

Claims (10)

1.一种高精度位移测量装置，包括测量加速度的加速度采集装置（2），其特征在于：所述加速度采集装置（2）将测量的加速度传输至滤波调理装置（1），所述滤波调理装置（1）与温度补偿装置（3）相连，所述滤波调理装置（1）通过温度补偿装置（3）对加速度采集装置（2）的加速度进行补偿并输出位移。
2.根据权利要求1所述的高精度位移测量装置，其特征在于：所述滤波调理装置（1）包括接收加速度和温度的MCU控制器（6），所述MCU控制器（6）与实时更迭存储温度值的存储器（7）相连。
3.根据权利要求2所述的高精度位移测量装置，其特征在于：所述MCU控制器（6）还与计时用的计时器（8）相连。
4.根据权利要求3所述的高精度位移测量装置，其特征在于：所述计时器（8）为集成在MCU控制器（6）中的计时器或外置式计时器。
5.根据权利要求1所述的高精度位移测量装置，其特征在于：所述加速度采集装置（2）为加速度传感器（4）。
6.根据权利要求1所述的高精度位移测量装置，其特征在于：所述温度补偿装置（3）为温度传感器（5）。
7.根据权利要求5所述的高精度位移测量装置，其特征在于：所述加速度传感器（4）为三轴加速度传感器。
8.根据权利要求2所述的高精度位移测量装置，其特征在于：所述存储器（7）为集成在MCU控制器（6）中的存储器或外置式存储器。
9.根据权利要求5所述的高精度位移测量装置，其特征在于：所述加速度传感器（4）为ADXL345、MPU6050、MPU9050中的一种。
10.根据权利要求8所述的高精度位移测量装置，其特征在于：所述存储器7为Flash，EEPROM中的一种。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108709521A (zh) * 2018-06-04 2018-10-26 中核(天津)科技发展有限公司 一种高精度位移测量装置及测量方法
CN109240171A (zh) * 2018-10-25 2019-01-18 中核新科（天津） 精密机械制造有限公司 用于表面处理工艺的工作液主盐浓度监测及补偿装置和方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101968496A (zh) * 2010-06-30 2011-02-09 中山市嘉科电子有限公司 加速度传感器的全自动校正系统
CN102944688A (zh) * 2012-11-16 2013-02-27 航宇救生装备有限公司 加速度传感器温度补偿与时漂修正装置及方法
CN103558415A (zh) * 2013-11-19 2014-02-05 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 带温度补偿的mems加速度计
CN104132634A (zh) * 2014-07-14 2014-11-05 华南理工大学 一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置及方法
CN104176634A (zh) * 2013-05-21 2014-12-03 上海航鼎电子科技发展有限公司 一种塔式起重机塔身垂直度实时检测方法及装置
CN205262436U (zh) * 2015-11-30 2016-05-25 公安部天津消防研究所 一种基于加速度原理的空间位移测量装置
CN108709521A (zh) * 2018-06-04 2018-10-26 中核(天津)科技发展有限公司 一种高精度位移测量装置及测量方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101968496A (zh) * 2010-06-30 2011-02-09 中山市嘉科电子有限公司 加速度传感器的全自动校正系统
CN102944688A (zh) * 2012-11-16 2013-02-27 航宇救生装备有限公司 加速度传感器温度补偿与时漂修正装置及方法
CN104176634A (zh) * 2013-05-21 2014-12-03 上海航鼎电子科技发展有限公司 一种塔式起重机塔身垂直度实时检测方法及装置
CN103558415A (zh) * 2013-11-19 2014-02-05 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 带温度补偿的mems加速度计
CN104132634A (zh) * 2014-07-14 2014-11-05 华南理工大学 一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置及方法
CN205262436U (zh) * 2015-11-30 2016-05-25 公安部天津消防研究所 一种基于加速度原理的空间位移测量装置
CN108709521A (zh) * 2018-06-04 2018-10-26 中核(天津)科技发展有限公司 一种高精度位移测量装置及测量方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108709521A (zh) * 2018-06-04 2018-10-26 中核(天津)科技发展有限公司 一种高精度位移测量装置及测量方法
CN109240171A (zh) * 2018-10-25 2019-01-18 中核新科（天津） 精密机械制造有限公司 用于表面处理工艺的工作液主盐浓度监测及补偿装置和方法

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