CN109059917A - 一种动态水平仪及其动态调整测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态水平仪及其动态调整测量方法，动态水平仪包括有外壳，设置于外壳内的加速度计组件和信号处理板，以及连接于外壳上且伸出到外壳外的电连接器；加速度计组件包括有Y轴加计固定座、设置于Y轴加计固定座上的Y轴加速度计、设置于Y轴加计固定座顶端的安装过渡板、固定于安装过渡板上端面上的X轴加计固定座和设置于X轴加计固定座上的X轴加速度计，Y轴加速度计和X轴加速度计为水平且相互垂直的结构。本发明X轴加速器计和Y轴加速器计的位置可进行动态调节，通过调整两个加速度计的安装位置减小加速度计的旋转半径，对径向向心加速度和切向线加速度加以消除，具有启动快、测量精度高、数据更新率高的优点。

Description

一种动态水平仪及其动态调整测量方法

技术领域

本发明涉及水平仪领域，具体是一种动态水平仪及其动态调整测量方法。

背景技术

水平仪是一种测量小角度的常用量具。在惯性导航设备领域用于测量安装平台相对于水平位置的倾斜角、设备导轨的平面度和直线度等。

其工作原理是利用加速度计测量水平轴向地球重力加速度的分量，加速度计输出的信号经信号处理板进行放大、滤波、模数转换，再由信号处理板进行参数补偿、数据滤波、姿态解算等处理，实时解算出转台面的俯仰角和横滚角。

其中，加速度计是固定不动的，如果转台转动时，加速度计的质心与转台的转动中心不重合，加速度计测量的除了重力加速度水平分量还有干扰的径向向心加速度和切向线加速度，导致无法正确的解算出转台面的俯仰角和横滚角，限制了水平仪在动态测量领域的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种动态水平仪及其动态调整测量方法，可动态测量转台姿态角，具有启动快、测量精度高、数据更新率高的优点，解决了一般的水平仪测量只能静态测量的问题。

本发明的技术方案为：

一种动态水平仪，包括有外壳，设置于外壳内的加速度计组件和信号处理板，以及连接于外壳上且伸出到外壳外的电连接器；所述的外壳前外侧壁上设置有两矩形凸块，两矩形凸块的竖直平面定义为基准面A；所述的加速度计组件包括有固定在外壳上的安装过渡板、固定于安装过渡板上端面上的X轴加计固定座、设置于X轴加计固定座上的X轴加速度计、固定于安装过渡板下端面上的Y轴加计固定座和设置于Y轴加计固定座上的Y轴加速度计，所述的Y轴加速度计和X轴加速度计为水平且轴向相互垂直的结构，所述的Y轴加计固定座上设置有中轴线与Y轴平行的Y轴穿孔，所述的Y轴加速度计穿过Y轴穿孔架设于Y轴加计固定座上，所述的X轴加计固定座上设置有中轴线与X轴平行的X轴穿孔，所述的X轴加速度计穿过X轴穿孔架设于X轴加计固定座上；所述的X轴加速度计、Y轴加速度计的信号输出端均与信号处理板的信号输入端连接，所述的信号处理板的信号输出端与电连接器连接。

所述的外壳包括有台体、连接于台体顶端的顶盖、连接于台体左侧的左端盖和连接于台体右侧的右端盖，所述的台体为中空箱体结构，且顶端、左侧和右侧均为开口结构，所述的信号处理板连接于左端盖上，所述的台体内且位于右端盖上连接有电源板，所述的X轴加速度计、Y轴加速度计和信号处理板均与电源板电连接，所述的电连接器的内端部穿过右端盖伸入到台体内。

所述的台体和顶盖之间、台体和左端盖之间、台体和右端盖之间均设置有封装密封圈。

所述的信号处理板上设置有温度传感器，加速度计输出的信号经信号处理板放大、滤波、模数转换后，再进行温度补偿，以减小温度对加速度计数据产生的影响。

一种动态水平仪的动态调整测量方法，具体包括有以下步骤：

（1）、打开动态水平仪外壳的顶盖，将测试电脑上的测试线缆分别连上电连接器和转台滑环；

（2）、将动态水平仪平稳放置在转台的水平面上，动态水平仪的基准面A紧靠在转台基准面上，并用螺丝固定动态水平仪；

（3）、接通动态水平仪的电源，打开测试电脑，转台测试数据归零，并设置转台转动参数；

（4）、启动测试电脑上动态水平仪的测试软件，并启动转台转动，待转台转动停止后，停止测试软件；

（5）、在测试软件的界面上观察X轴加速器计测试曲线，若转台转动前X轴加速器计的静态测试曲线，其Y轴坐标位于转台转动时变化曲线中波峰波谷的Y轴坐标的正中间，说明X轴加速器计的径向向心加速度已被消除，即X轴加速器计在X轴穿孔中轴线的方向已经找到最合适的位置；否则需要顺着X轴穿孔中轴线的方向平移X轴加速器计，再次测试，直至找到X轴加速器计的径向向心加速度被消除的位置；

（6）、在测试软件的界面上观察X轴加速器计测试曲线，若转台开始转动和停止转动时X轴加速器计测试曲线没有偏离，说明X轴加速器计切向线加速度已被消除，即X轴加速器计在Y轴穿孔中轴线的方向已经找到最合适的位置，否则需要顺着Y轴穿孔中轴线的方向平移X轴加速器计，再次测试，直至找到X轴加速器计切向线加速度被消除的位置；

（7）、在测试软件的界面上观察Y轴加速器计测试曲线，若转台转动前Y轴加速器计5的静态测试曲线，其X轴坐标位于转台转动时变化曲线中波峰波谷的X轴坐标的正中间，说明Y轴加速器计的径向向心加速度已被消除，即Y轴加速器计在Y轴穿孔中轴线的方向已经找到最合适的位置；否则需要顺着Y轴穿孔中轴线的方向平移Y轴加速器计，再次测试，直至找到Y轴加速器计的径向向心加速度被消除的位置; 若转台开始转动和停止转动时Y轴加速器计测试曲线没有偏离，说明Y轴加速器计切向线加速度已被消除，即Y轴加速器计在X轴穿孔中轴线的方向已经找到最合适的位置，否则需要顺着X轴穿孔中轴线的方向平移Y轴加速器计，再次测试，直至找到Y轴加速器计切向线加速度被消除的位置；

（8）、已调节X轴加速器计和Y轴加速器计至合适位置后，使得两个加速度计的质心与转台的转动中心重合，X轴加速器计和Y轴加速器输出的信号经信号处理板放大、滤波、模数转换，再进行温度补偿、数据滤波和姿态解算处理，最终解算出转台面的俯仰角和横滚角，通过电连接器将解算数据传送出去即可。

本发明的优点：

本发明X轴加速器计和Y轴加速器计的位置可进行动态调节：动态水平仪内部的两个加速度计敏感轴均与转台面水平，在转台转动过程中，加速度计输入为重力加速度水平分量、径向向心加速度和切向线加速度的叠加，其中径向向心加速度和切向线加速度是影响测量精度的干扰加速度，与旋转半径成正比，可通过调整两个加速度计的安装位置减小加速度计的旋转半径，对干扰加速度加以消除。本发明两个加速度计输出的信号经信号处理板放大、滤波、模数转换，再进行温度补偿、数据滤波和姿态解算处理，最终解算出转台面的俯仰角和横滚角。调节两个加速度计的位置，当两个加速度计的测量中心均与动态水平仪的中心轴线重合时，两个加速度计的旋转半径接近于0，干扰加速度同样接近于0，两个加速度测量值接近重力加速度水平分量，解算出的转台面的俯仰角和横滚角同样接近于真实转台面的俯仰角和横滚角。

附图说明

图1是本发明动态水平仪的结构示意图；

图2是本发明动态水平仪的爆炸图；

图3是本发明加速度计组件的结构示意图；

图4是本发明X轴加速度计的位置调节示意图；

图5是本发明Y轴加速度计的位置调节示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种动态水平仪，包括有外壳1，设置于外壳1内的加速度计组件和带有温度传感器的信号处理板10，以及连接于外壳上且伸出到外壳1外的电连接器2；外壳1前外侧壁上设置有两矩形凸块3，两矩形凸块3的竖直平面定义为基准面A；加速度计组件包括有固定在外壳上的安装过渡板6、固定于安装过渡板6上端面上的X轴加计固定座7、设置于X轴加计固定座7上的X轴加速度计8、固定于安装过渡板6下端面上的Y轴加计固定座4和设置于Y轴加计固定座4上的Y轴加速度计5， Y轴加速度计5和X轴加速度计7为水平且轴向相互垂直的结构，Y轴加计固定座4上设置有中轴线与Y轴平行的Y轴穿孔，Y轴加速度计5穿过Y轴穿孔架设于Y轴加计固定座4上，X轴加计固定座7上设置有中轴线与X轴平行的X轴穿孔9，X轴加速度计8穿过X轴穿孔9架设于X轴加计固定座7上；X轴加速度计8、Y轴加速度计5的信号输出端均与信号处理板10的信号输入端连接，信号处理板10的信号输出端与电连接器2连接。

其中，外壳1包括有台体11、连接于台体11顶端的顶盖12、连接于台体11左侧的左端盖13和连接于台体11右侧的右端盖14，台体11为中空箱体结构，且顶端、左侧和右侧均为开口结构，台体11和顶盖12之间、台体11和左端盖13之间、台体11和右端盖14之间均设置有封装密封圈15，信号处理板10连接于左端盖13上，台体11内且位于右端盖14上连接有电源板16，X轴加速度计8、Y轴加速度计5和信号处理板10均与电源板16电连接，电连接器2的内端部穿过右端盖14伸入到台体11内。

见图4和图5，一种动态水平仪的动态调整测量方法，具体包括有以下步骤：

（1）、打开动态水平仪外壳的顶盖12，将测试电脑上的测试线缆分别连上电连接器2和转台滑环；

（2）、将动态水平仪平稳放置在转台的水平面上，动态水平仪的基准面A紧靠在转台基准面上，并用螺丝固定动态水平仪；

（3）、接通动态水平仪的电源，打开测试电脑，转台测试数据归零，并设置转台转动参数；

（4）、启动测试电脑上的动态水平仪测试软件，并启动转台转动，待转台转动停止后，停止测试软件；

（5）、在测试软件的界面上观察X轴加速器计8测试曲线，若转台转动前X轴加速器计8的静态测试曲线，其Y轴坐标位于转台转动时变化曲线中波峰波谷的Y轴坐标的正中间，说明X轴加速器计8的径向向心加速度已被消除，即X轴加速器计8在X轴穿孔9中轴线的方向并在L1的长度范围内已经找到最合适的位置；否则需要顺着X轴穿孔9中轴线的方向并在L1的长度范围内平移X轴加速器计8，再次测试，直至找到X轴加速器计8的径向向心加速度被消除的位置；

（6）、在测试软件的界面上观察X轴加速器计8测试曲线，若转台开始转动和停止转动时X轴加速器计8测试曲线没有偏离，说明X轴加速器计8切向线加速度已被消除，即X轴加速器计8在Y轴穿孔中轴线的方向并在W1的长度范围内已经找到最合适的位置，否则需要顺着Y轴穿孔中轴线的方向并在W1的长度范围内平移X轴加速器计8，再次测试，直至找到X轴加速器计8切向线加速度被消除的位置；

（7）、在测试软件的界面上观察Y轴加速器计5测试曲线，若转台转动前Y轴加速器计5的静态测试曲线，其X轴坐标位于转台转动时变化曲线中波峰波谷的X轴坐标的正中间，说明Y轴加速器计5的径向向心加速度已被消除，即Y轴加速器计在Y轴穿孔中轴线的方向并在L2的长度范围内已经找到最合适的位置；否则需要顺着Y轴穿孔中轴线的方向平移Y轴加速器计5，再次测试，直至找到Y轴加速器计5的径向向心加速度被消除的位置; 若转台开始转动和停止转动时Y轴加速器计5测试曲线没有偏离，说明Y轴加速器计5切向线加速度已被消除，即Y轴加速器计在X轴穿孔中轴线的方向并在W2的长度范围内已经找到最合适的位置，否则需要顺着X轴穿孔中轴线的方向并在W2的长度范围内平移Y轴加速器计5，再次测试，直至找到Y轴加速器计5切向线加速度被消除的位置；

（8）、已调节X轴加速器计8和Y轴加速器计5至合适位置后，使得两个加速度计的质心与转台的转动中心重合，X轴加速器计8和Y轴加速器5输出的信号经信号处理板10放大、滤波、模数转换，再进行温度补偿、数据滤波和姿态解算处理，最终解算出转台面的俯仰角和横滚角，通过电连接器2将解算数据传送出去即可。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种动态水平仪，其特征在于：包括有外壳，设置于外壳内的加速度计组件和信号处理板，以及连接于外壳上且伸出到外壳外的电连接器；所述的外壳前外侧壁上设置有两矩形凸块，两矩形凸块的竖直平面定义为基准面A；所述的加速度计组件包括有固定在外壳上的安装过渡板、固定于安装过渡板上端面上的X轴加计固定座、设置于X轴加计固定座上的X轴加速度计、固定于安装过渡板下端面上的Y轴加计固定座和设置于Y轴加计固定座上的Y轴加速度计，所述的Y轴加速度计和X轴加速度计为水平且轴向相互垂直的结构，所述的Y轴加计固定座上设置有中轴线与Y轴平行的Y轴穿孔，所述的Y轴加速度计穿过Y轴穿孔架设于Y轴加计固定座上，所述的X轴加计固定座上设置有中轴线与X轴平行的X轴穿孔，所述的X轴加速度计穿过X轴穿孔架设于X轴加计固定座上；所述的X轴加速度计、Y轴加速度计的信号输出端均与信号处理板的信号输入端连接，所述的信号处理板的信号输出端与电连接器连接。

2.根据权利要求1所述的一种动态水平仪，其特征在于：所述的外壳包括有台体、连接于台体顶端的顶盖、连接于台体左侧的左端盖和连接于台体右侧的右端盖，所述的台体为中空箱体结构，且顶端、左侧和右侧均为开口结构，所述的信号处理板连接于左端盖上，所述的台体内且位于右端盖上连接有电源板，所述的X轴加速度计、Y轴加速度计和信号处理板均与电源板电连接，所述的电连接器的内端部穿过右端盖伸入到台体内。

3.根据权利要求2所述的一种动态水平仪，其特征在于：所述的台体和顶盖之间、台体和左端盖之间、台体和右端盖之间均设置有封装密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种动态水平仪，其特征在于：所述的信号处理板上设置有温度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种动态水平仪的动态调整测量方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：

（1）、打开动态水平仪外壳的顶盖，将测试电脑上的测试线缆分别连上电连接器和转台滑环；

（2）、将动态水平仪平稳放置在转台的水平面上，动态水平仪的基准面A紧靠在转台基准面上，并用螺丝固定动态水平仪；

（3）、接通动态水平仪的电源，打开测试电脑，转台测试数据归零，并设置转台转动参数；

（4）、启动测试电脑上动态水平仪的测试软件，并启动转台转动，待转台转动停止后，停止测试软件；

（5）、在测试软件的界面上观察X轴加速器计测试曲线，若转台转动前X轴加速器计的静态测试曲线，其Y轴坐标位于转台转动时变化曲线中波峰波谷的Y轴坐标的正中间，说明X轴加速器计的径向向心加速度已被消除，即X轴加速器计在X轴穿孔中轴线的方向已经找到最合适的位置，否则需要顺着X轴穿孔中轴线的方向平移X轴加速器计，再次测试，直至找到X轴加速器计的径向向心加速度被消除的位置；

（6）、在测试软件的界面上观察X轴加速器计测试曲线，若转台开始转动和停止转动时X轴加速器计测试曲线没有偏离，说明X轴加速器计切向线加速度已被消除，即X轴加速器计在Y轴穿孔中轴线的方向已经找到最合适的位置；否则需要顺着Y轴穿孔中轴线的方向平移X轴加速器计，再次测试，直至找到X轴加速器计切向线加速度被消除的位置；

（7）、在测试软件的界面上观察Y轴加速器计测试曲线，若转台转动前Y轴加速器计的静态测试曲线，其X轴坐标位于转台转动时变化曲线中波峰波谷的X轴坐标的正中间，说明Y轴加速器计的径向向心加速度已被消除，即Y轴加速器计在Y轴穿孔中轴线的方向已经找到最合适的位置；否则需要顺着Y轴穿孔中轴线的方向平移Y轴加速器计，再次测试，直至找到Y轴加速器计的径向向心加速度被消除的位置; 若转台开始转动和停止转动时Y轴加速器计测试曲线没有偏离，说明Y轴加速器计切向线加速度已被消除，即Y轴加速器计在X轴穿孔中轴线的方向已经找到最合适的位置，否则需要顺着X轴穿孔中轴线的方向平移Y轴加速器计，再次测试，直至找到Y轴加速器计切向线加速度被消除的位置；

（8）、已调节X轴加速器计和Y轴加速器计至合适位置后，使得两个加速度计的质心与转台的转动中心重合，X轴加速器计和Y轴加速器输出的信号经信号处理板放大、滤波、模数转换，再进行温度补偿、数据滤波和姿态解算处理，最终解算出转台面的俯仰角和横滚角，通过电连接器将解算数据传送出去即可。