CN109443313A - 一种便携式倾斜测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式倾斜测量装置，属于测量设备技术领域。包括测量模块、壳部件、固定装置和吸附装置，其中测量模块由传感器、供电电路、接口转换电路、ARM处理器、FLASH存储器、预警电路、液晶模块和按键电路构成。测量模块安装在壳部件上，壳部件上具有固定装置和吸附装置，用以将本发明固定在待测试机构上。启动按键电路后，传感器测量被测试机构的加速度和角速度数据，数据传输给ARM处理器，ARM处理器对数据综合分析和判断，并将判断结果发送给液晶模块和预警电路以及FLASH存储器进行数据备份。当待测试机构出现角度与原始状态角度不一致情况时，本发明可快速识别并报警，本发明还具有复位功能，可安装在任何倾斜角度的机构上。

Description

一种便携式倾斜测量装置

技术领域

本发明涉及一种倾斜测量装置，尤其涉及一种便携式倾斜测量装置，属于测量设备技术领域。

背景技术

测量物体倾斜的装置具有广泛的用途。比如：输电线路架设需要杆塔，架空输电线路运行在户外，需要承受自重、风力、暴雨和冰雪等机械力的作用和风沙、有害气体的侵蚀，运行条件十分恶劣。特别是采空区和山地滑坡区、建筑施工区等不良地区，在自然环境和外界条件的作用下，输电线路杆塔地基容易发生滑移、倾斜、开裂等现象，从而引起导致杆塔变形、倾斜、甚至倒塔断线。杆塔倾斜造成杆塔导地线的不平衡受力，引起杆塔受力发生变化，造成电气安全距离不够，影响线路正常运行。倒塔断线将使供电线路陷于瘫痪，严重影响人们的生产生活，造成巨大损失。在杆塔倾斜现象发生发展的初期，巡线人员很难用肉眼观察到微小的变化。因此迫切需要一种测量准确、携带方便、成本低的测量杆塔倾斜度的设备。

再比如，脚手架是建筑施工和舞台搭建不可缺少的工具，随着建筑物不断高大化和复杂化，这就导致随之而来脚手架故障排查变得越来越困难，脚手架安全事故爆发率越来越高。若是有一套监测设备，在脚手架角度发生很小的倾斜时就能发出报警，施工人员及时排查隐患，则可有效防止脚手架坍塌。

此外，建筑施工过程中的打桩，需要桩保持垂直打入，一旦桩有倾斜，会造成地基不稳，打桩过程需要实时监测桩是否倾斜，也需要一套灵敏度较高的倾斜监测设备。

发明内容

针对现有技术的以上技术需求，本发明的目的在于提供一种便携式倾斜测量装置，能够对物体的倾斜角度进行定量测量，且测量操作简便易行，准确度高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种便携式倾斜测量装置，其特征在于，包括测量模块、壳部件、固定装置和吸附装置，其中测量模块由传感器、供电电路、接口转换电路、ARM处理器、FLASH存储器、预警电路、液晶模块和按键电路构成；

所述传感器设置在壳部件上，传感器内部集成三轴加速度传感器与三轴陀螺仪，三轴加速度传感器测量加速度信号，三轴陀螺仪测量角速度信号，三轴加速度传感器与三轴陀螺仪轴向完全重合；

所述供电电路由电池、电源转换板及电池充电管理板组成，电池标称电压为5.5V～8.4V，电源转换板将电池电压转换为5V与3.3V两种电压，供电电路为传感器、接口转换电路、ARM处理器和按键电路提供3.3V电压，供电电路为FLASH存储器、预警电路和液晶模块提供5V电压，电池充电管理板外接充电口，通过此充电口给电池充电；

所述接口转换电路主要由通串口转换芯片组成，实现传感器与ARM处理器之间通信数据格式的转换；

所述FLASH存储器用以存储数据，FLASH存储器采用1G大容量NAND FLASH，具有1MB/s的存储速度；

所述预警电路由蜂鸣器、指示灯、驱动电路板组成，当传感器检测到异常信号后，ARM处理器控制预警电路中的驱动电路板，预警电路输出声音预警和灯光闪烁；

所述按键电路用于启动或停止监测活动以及设备的开关机，当长按按键电路的开关时，系统进行开机或关机切换，当短按按键电路的开关时，系统启动或停止测试工作；

所述传感器与接口转换电路相连，接口转换电路与ARM处理器相连，按键电路与ARM处理器相连，ARM处理器输出端与FLASH存储器相连，ARM处理器输出端与液晶模块相连，ARM处理器输出端与预警电路相连；

所述壳部件由壳体和壳盖构成，用以放置测量模块，壳盖上自带密封绳，且壳盖便于打开，壳体两侧具有把手，固定装置固定在壳体的两侧把手上，固定装置由尼龙带和双面粘构成，双面粘粘贴在尼龙带两端，吸附装置固定在壳体的底端，吸附装置由磁铁或真空吸盘构成，壳体的一侧具有充电口、按键电路的开关以及USB数据传输口。

进一步的，所述ARM处理器的信号采集软件使用消抖算法，ARM处理器每隔100毫秒采集100个加速度值数据，删除5个最大值与5个最小值，对剩余数值取平均，获得消抖后的加速度数据。

进一步的，所述传感器集成3个16位ADC，将三个轴向的测量信号转换成数字信号输出，采用方形扁平无引脚封装技术封装。

本发明的工作原理如下：

根据待测物体的结构特性，从吸附装置的磁铁或真空吸盘或者固定装置中选取一种最方便固定本发明的方式，将本发明固定在待测物体上。本发明可固定在初始状态为任何倾斜角度的待测物体上。

长按按键电路的开关时，系统开机自检，液晶模块显示开机进度。开机后短按按键电路开关时，系统启动测试工作，启动测试后，ARM处理器记录此刻设备的加速度与角速度，并作为基准数据，系统每隔100毫秒对传感器数据进行一次采集，每次读取100个加速度数据和100个角速度数据，ARM处理器对数据进行消抖处理后，通过对数据综合分析并与基准数据进行比对，当加速度或倾斜角速度发生变动并超过设定阈值时，预警电路工作，预警电路中的驱动电路板驱动蜂鸣器和指示灯，发出声音预警和灯光闪烁，提醒相关人员注意。所有数据都实时发送给FLASH数据存储器进行数据备份，需要读取数据时，通过壳体上的USB数据传输口直接读取。

第二次短按按键电路开关，系统进入停止测试模式，停止任何数据的记录和预警动作，再次长按按键电路开关，系统关机。

当供电电路中电池供电不足时，可通过壳体上的充电口直接给电池充电。

因为采用了以上技术方案，本发明具有的有益技术效果如下：

a)本发明通过对加速度和角速度的综合测量方式解决了传统惯性器件对姿态变化测量不准的问题，采用集成三轴加速度和陀螺仪的数字传感器芯片，节省了成本；

b)本发明具有事故追溯能力，数据保存在FLASH存储器中，可以进行事后问题追溯，外置USB数据传输口，数据读取方便；

c)本发明使用数字传感器，传感器集成3个16位ADC，将三个方向的测量信号转换成数字信号输出，集成可编程低通滤波器，信号稳定性好，降低了信号处理的成本与传统模拟器件相比，抗干扰能力强，电路集成度高；

d)本发明的传感器采用方形扁平无引脚封装技术封装，可承受10000g的冲击，可靠性高；

e)本发明自带电池，并外置充电接口，可长时间工作。

附图说明

图1为本发明一种便携式倾斜测量装置的测量模块的组成示意图；

图2为本发明的外形结构示意图。

图1和图2中：1—测量模块、1-1—传感器、1-2—供电电路、1-3—接口转换电路、1-4—ARM处理器、1-5—FLASH存储器、1-6—预警电路、1-7—液晶模块、1-8—按键电路、2—壳部件、3—固定装置、4—吸附装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的一种便携式倾斜测量装置的较佳实施例，如图1和图2所示，包括测量模块1、壳部件2、固定装置3和吸附装置4。其中测量模块1如图1所示，由传感器1-1、供电电路1-2、接口转换电路1-3、ARM处理器1-4、FLASH存储器1-5、预警电路1-6、液晶模块1-7和按键电路1-8构成；

所述传感器1-1设置在壳部件2上，传感器1-1内部集成三轴加速度传感器与三轴陀螺仪，三轴加速度传感器测量加速度信号，三轴陀螺仪测量角速度信号，三轴加速度传感器与三轴陀螺仪轴向完全重合；

所述供电电路1-2由电池、电源转换板及电池充电管理板组成，电池标称电压为5.5V～8.4V，电源转换板将电池电压转换为5V与3.3V两种不同的电压，供电电路1-2为传感器1-1、接口转换电路1-3、ARM处理器1-4和按键电路1-8提供3.3V电压，供电电路1-2为FLASH存储器1-5、预警电路1-6和液晶模块1-7提供5V电压，电池充电管理板外接充电口，通过此充电口给电池充电，

所述接口转换电路1-3主要是由通串口转换芯片组成，实现传感器1-1与ARM处理器1-4之间通信数据格式的转换；

所述FLASH存储器1-5用以存储数据，FLASH存储器1-5采用1G大容量NAND FLASH，具有1MB/s的存储速度；

所述预警电路1-6由蜂鸣器、指示灯、驱动电路板组成，当传感器1-1检测到异常信号后，ARM处理器1-4控制预警电路1-6中的驱动电路板，驱动电路板驱动蜂鸣器和指示灯，预警电路1-6输出声音预警和灯光闪烁；

所述按键电路1-8用于启动或停止监测活动以及设备的开机和关机，当长按按键电路1-8的开关时，系统进行开机或关机切换，当短按按键电路1-8的开关时，系统启动或停止测试工作；

所述测量模块1中的各部件的线路连接关系如图1所示，传感器1-1与接口转换电路1-3相连，接口转换电路1-3与ARM处理器1-4相连，按键电路1-8与ARM处理器1-4相连，ARM处理器1-4输出端与FLASH存储器1-5相连，ARM处理器1-4输出端与液晶模块1-7相连，ARM处理器1-4输出端与预警电路1-6相连

所述壳部件2由壳体和壳盖构成，用以放置测量模块1，壳盖上自带密封绳，且壳盖与壳体用螺钉连接，便于打开，壳体两侧具有把手，固定装置固定在壳体的两侧把手上，固定装置3由尼龙带和粘扣带构成，粘扣带粘贴在尼龙带两端，吸附装置4固定在壳体的底端，吸附装置由磁铁或真空吸盘构成。壳体的一侧具有充电口、按键电路1-8的开关以及USB数据传输口。

进一步的，所述ARM处理器1-4的信号采集软件使用消抖算法，ARM处理器1-4每隔100毫秒采集100个加速度值数据，删除5个最大值与5个最小值，对剩余数值取平均，获得消抖后的加速度数据。

进一步的，所述传感器1-1集成3个16位ADC，将三个方向的测量信号转换成数字信号输出，采用方形扁平无引脚封装技术封装。

本发明的工作原理如下：

根据待测物体的结构特性，从吸附装置3的磁铁或真空吸盘或者固定装置4中选取一种最方便固定本发明的方式，将本发明固定在待测物体上，本发明可固定在初始状态为任何倾斜角度的待测物体上。

长按按键电路1-8的开关时，系统开机，液晶模块1-7显示开机进度。开机后短按按键电路1-8开关时，系统启动测试工作。启动测试后，ARM处理器1-4记录此刻设备的加速度与角速度，并作为基准数据，系统每隔100毫秒对传感器1-1数据进行一次采集，每次读取100个加速度数据和100个角速度数据，ARM处理器1-4对数据进行消抖处理后，通过对数据综合分析并与基准数据进行比对，当加速度或倾斜角速度发生变动并超过设定值时，预警电路1-6工作，预警电路1-6中的驱动电路板驱动蜂鸣器和指示灯，蜂鸣器和指示灯分别发出声音预警和灯光闪烁，提醒相关人员注意。所有数据都实时发送给FLASH存储器1-5进行数据备份。需要读取数据时，通过壳体上的USB数据传输口直接读取。

第二次短按按键电路1-8开关，系统进入停止测试模式，停止任何数据的记录和预警动作，再次长按按键电路1-8开关，系统关机。

当供电电路1-2中电池供电不足时，可通过壳体上的充电口直接给供电电路1-2中的电池充电。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种便携式倾斜测量装置，其特征在于，由测量模块(1)、壳部件(2)、固定装置(3)和吸附装置(4)，其中测量模块(1)由传感器(1-1)、供电电路(1-2)、接口转换电路(1-3)、ARM处理器(1-4)、FLASH存储器(1-5)、预警电路(1-6)、液晶模块(1-7)和按键电路(1-8)构成；

所述传感器(1-1)设置在壳部件(2)上，传感器(1-1)内部集成三轴加速度传感器与三轴陀螺仪，三轴加速度传感器测量加速度信号，三轴陀螺仪测量角速度信号，三轴加速度传感器与三轴陀螺仪轴向完全重合；

所述供电电路(1-2)由电池、电源转换板及电池充电管理板组成，电池标称电压为5.5V～8.4V，电源转换板将电池电压转换为5V与3.3V两种电压，电池充电管理板外接充电口，供电电路(1-2)为传感器(1-1)、接口转换电路(1-3)、ARM处理器(1-4)、FLASH存储器(1-5)、预警电路(1-6)、液晶模块(1-7)和按键电路(1-8)供电；

所述接口转换电路(1-3)主要由串口转换芯片组成，实现传感器(1-1)与ARM处理器(1-4)之间通信接口的转换；

所述ARM处理器(1-4)外置USB数据传输口，通过此数据传输口读取数据；

所述FLASH存储器(1-5)用以存储数据，FLASH存储器(1-5)采用1G大容量NAND FLASH，具有1MB/s的存储速度；

所述预警电路(1-6)由蜂鸣器、指示灯、驱动电路板组成，当传感器(1-1)检测到异常信号后，ARM处理器(1-4)控制预警电路(1-6)中的驱动电路板，驱动电路板驱动蜂鸣器和指示灯，预警电路(1-6)输出声音预警和灯光闪烁；

所述按键电路(1-8)用于启动或停止监测活动以及设备的开机和关机，当长按按键电路(1-8)的开关时，系统进行开机或关机切换，当短按按键电路(1-8)的开关时，系统启动或停止测试工作；

传感器(1-1)与接口转换电路(1-3)相连，接口转换电路(1-3)与ARM处理器(1-4)相连，按键电路(1-8)与ARM处理器(1-4)相连，ARM处理器(1-4)输出端与FLASH存储器(1-5)相连，ARM处理器(1-4)输出端与液晶模块(1-7)相连，ARM处理器(1-4)输出端与预警电路(1-6)相连；

所述壳部件(2)由壳体和壳盖构成，用以放置测量模块(1)，壳盖上自带密封绳，且壳盖与壳体螺钉连接，壳体两侧具有把手，固定装置(3)固定在壳体的两侧把手上，固定装置(3)由尼龙带和粘扣带构成，粘扣带粘贴在尼龙带两端，吸附装置(4)固定在壳体的底端，吸附装置(4)由磁铁或真空吸盘构成，壳体的一侧具有充电口、按键电路(1-8)的开关以及USB数据传输口。

2.根据权利要求1所述的一种便携式倾斜测量装置，其特征在于，所述供电电路(1-2)提供5V与3.3V两种不同的电压，其中供电电路(1-2)为传感器(1-1)、接口转换电路(1-3)、ARM处理器(1-4)和按键电路(1-8)提供3.3V电压，供电电路(1-2)为FLASH存储器(1-5)、预警电路(1-6)、液晶模块(1-7)提供5V电压。

3.根据权利要求1所述的一种便携式倾斜测量装置，其特征在于，所述ARM处理器(1-4)的信号采集软件使用消抖算法，ARM处理器(1-4)每隔100毫秒采集100个加速度值数据，删除5个最大值与5个最小值，对剩余数值取平均，获得消抖后的加速度数据。

4.根据权利要求1所述的一种便携式倾斜测量装置，其特征在于，所述传感器(1-1)集成3个16位ADC，将三个轴向的测量信号转换成数字信号输出，采用方形扁平无引脚封装技术封装。