CN110081879B - 一种通过陀螺仪和磁场传感器精确检测回转的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及塔式起重机检测技术领域，具体来说是一种通过陀螺仪和磁场传感器精确检测回转的方法，在塔式起重机内同时设置有与塔式起重机相固定的陀螺仪和磁场传感器，陀螺仪和磁场传感器分别与处理器信号相连，所述的处理器用于对陀螺仪和磁场传感器的监测数据进行采样，并通过陀螺仪的检测数据对磁场传感器的检测数据进行校正，从而得到塔式起重机的回转角度。本发明同现有技术相比，其优点在于：本发明使用磁场传感器与陀螺仪数据互相校正的方式，避免了单一陀螺仪存在静态漂移单一地磁传感器容易受到环境干扰的问题，可以输出较为稳定的指向角，且无需对现有工程机械做任何修改，于塔式起重机内安装检测设备，便于安装维护，机械使用寿命长。

Description

一种通过陀螺仪和磁场传感器精确检测回转的方法
技术领域
本发明涉及塔式起重机检测技术领域，具体来说是一种通过陀螺仪和磁场传感器精确检测回转的方法。
背景技术
现有塔式起重机系统中检测吊臂回转的方式是在旋转节的齿轮处安装额外的编码器或电位器，以机械接触的方式读取包括吊臂在内的整个塔式起重机的顶部的旋转信号。此方式需要对结构进行一定改装并布线，布置较为复杂且对于安全性也有不利影响。因此，需要设计一种新型的通过陀螺仪和磁场传感器精确检测回转的方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种通过陀螺仪和磁场传感器精确检测回转的方法，于塔式起重机内安装检测设备，将陀螺仪和磁场传感器的数据进行联合处理，进行塔式起重机的回转检测。
为了实现上述目的，设计一种通过陀螺仪和磁场传感器精确检测回转的方法，包括塔式起重机，在塔式起重机内同时设置有与塔式起重机相固定的陀螺仪和磁场传感器，陀螺仪和磁场传感器分别与处理器信号相连，所述的处理器用于对陀螺仪和磁场传感器的监测数据进行采样，并通过陀螺仪的检测数据对磁场传感器的检测数据进行校正，从而得到塔式起重机的回转角度。
本发明还具有如下优选的技术方案：
通过陀螺仪的检测数据对磁场传感器的检测数据进行校正的方法具体如下：
步骤a.首先，在塔式起重机运作前进行首次采样获得磁场传感器的初始输出角度。
步骤b.而后运行塔式起重机，进行采样以检测塔式起重机的回转角度，并通过处理器判断陀螺仪输出的旋转角速度是否为零以及磁场传感器的输出角度有无变动；若陀螺仪输出的旋转角速度不为零而磁场传感器的输出角度无变动，则令θg=Ωg*△t，θc=θcl+θg；若陀螺仪输出的旋转角速度为零而磁场传感器的输出角度有变动，则令θc=θcl-（θd-θdl）；若陀螺仪输出的旋转角速度不为零且磁场传感器的输出角度有变动，则直接进入步骤c。
步骤c.通过处理器计算最终输出角度值为θf=θfl+θd-θdl+θc。
式中，△t为本次采样与前次采样之间的时间间隔，θg为△tn期间陀螺仪所旋转的角度，Ωg为本次采样时陀螺仪输出的旋转角速度，θc为本次采样时的综合角度校正值，θcl为前次采样时的综合角度校正值，θd为本次采样时磁场传感器输出的角度值，θdl为前次采样时磁场传感器输出的角度值，θf为本次采样的最终输出角度值，θfl为前次采样的最终输出角度值，其中，θcl、θc、θfl的初值均为零。
所述的陀螺仪和磁场传感器固定于塔式起重机的驾驶舱内。
本发明同现有技术相比，其优点在于：本发明使用磁场传感器与陀螺仪数据互相校正的方式，避免了单一陀螺仪存在静态漂移单一地磁传感器容易受到环境干扰的问题，可以输出较为稳定的指向角，且无需对现有工程机械做任何修改，于塔式起重机内安装检测设备，便于安装维护，机械使用寿命长。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种方法的原理对本专业的人来说是非常清楚的。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。
位于地球表面的磁场传感器可以检测到无处不在的地磁场，由于地磁场具备确切的方向（由磁北极指向磁南极），因此该磁场在传感器所在平行于地面的平面上的投影向量即可用于检测塔式起重机的回转。但地磁由于强度较弱，容易受到干扰，因此本实施方式引入了一个额外的陀螺仪，对磁场数据进行联合校正，用以消除干扰。
优选地，多次采样之间的时间间隔可以设置为相同，即处理器每隔设定的时间，即读取依次陀螺仪和磁场传感器的数据，并通过该数据实施计算塔式起重机的回转角度，时间间隔可以设置为0.01s、0.1s、1s或其他间隔，由于时间间隔较小，所以当前采样时陀螺仪输出的旋转角速度即相当于两次采样之间的平均旋转角速度，从而可以以此计算陀螺仪的回转角度，而由于陀螺仪和磁场传感器固定于塔式起重机的内侧，只有当塔式起重机旋转时两者才会旋转，所以陀螺仪和磁场传感器测得的本身的回转角度能够用于表征塔式起重机的回转角度。
参见图1，通过陀螺仪的检测数据对磁场传感器的检测数据进行校正的方法具体如下：
步骤a.首先，在塔式起重机运作前进行首次采样获得磁场传感器的初始输出角度。
步骤b.而后运行塔式起重机，进行采样以检测塔式起重机的回转角度，并通过处理器判断陀螺仪输出的旋转角速度是否为零以及磁场传感器的输出角度有无变动；若陀螺仪输出的旋转角速度不为零而磁场传感器的输出角度无变动，则令θg=Ωg*△t，θc=θcl+θg；若陀螺仪输出的旋转角速度为零而磁场传感器的输出角度有变动，则令θc=θcl-（θd-θdl），即地磁有输出而陀螺仪无输出时，此时判定为地磁干扰，因此地磁的变化量将用于调整偏移量校正值θc，而不用于带入结果；若陀螺仪输出的旋转角速度不为零且磁场传感器的输出角度有变动，则直接进入步骤c。
步骤c.通过处理器计算最终输出角度值为θf=θfl+θd-θdl+θc。
式中，△t为本次采样与前次采样之间的时间间隔，θg为△tn期间陀螺仪所旋转的角度，Ωg为本次采样时陀螺仪输出的旋转角速度，θc为本次采样时的综合角度校正值，θcl为前次采样时的综合角度校正值，θd为本次采样时磁场传感器输出的角度值，θdl为前次采样时磁场传感器输出的角度值，θf为本次采样的最终输出角度值，θfl为前次采样的最终输出角度值，其中，θcl、θc、θfl的初值均为零。
由此，通过陀螺仪的检测数据对磁场传感器的数据进行校正，获得准确的塔式起重机回转角度，且无须将传感器设置于塔式起重机外部，无须复杂的排线，便于安装与拆卸。

Claims (2)

1.一种通过陀螺仪和磁场传感器精确检测回转的方法，包括塔式起重机，其特征在于在塔式起重机内同时设置有与塔式起重机相固定的陀螺仪和磁场传感器，陀螺仪和磁场传感器分别与处理器信号相连，所述的处理器用于对陀螺仪和磁场传感器的监测数据进行采样，并通过陀螺仪的检测数据对磁场传感器的检测数据进行校正，从而得到塔式起重机的回转角度；
通过陀螺仪的检测数据对磁场传感器的检测数据进行校正的方法具体如下：
步骤a.首先，在塔式起重机运作前进行首次采样获得磁场传感器的初始输出角度；
步骤b.而后运行塔式起重机，进行采样以检测塔式起重机的回转角度，并通过处理器判断陀螺仪输出的旋转角速度是否为零以及磁场传感器的输出角度有无变动；
若陀螺仪输出的旋转角速度不为零而磁场传感器的输出角度无变动，则令
θg=Ωg*△t，θc=θcl+θg；
若陀螺仪输出的旋转角速度为零而磁场传感器的输出角度有变动，则令θc=θcl-（θd-θdl）；
若陀螺仪输出的旋转角速度不为零且磁场传感器的输出角度有变动，则直接进入步骤c；
步骤c.通过处理器计算最终输出角度值为θf=θfl+θd-θdl+θc；
式中，△t为本次采样与前次采样之间的时间间隔，θg为△tn期间陀螺仪所旋转的角度，Ωg为本次采样时陀螺仪输出的旋转角速度，θc为本次采样时的综合角度校正值，θcl为前次采样时的综合角度校正值，θd为本次采样时磁场传感器输出的角度值，θdl为前次采样时磁场传感器输出的角度值，θf为本次采样的最终输出角度值，θfl为前次采样的最终输出角度值，其中，θcl、θc、θfl的初值均为零。
2.如权利要求1所述的一种通过陀螺仪和磁场传感器精确检测回转的方法，其特征在于所述的陀螺仪和磁场传感器固定于塔式起重机的驾驶舱内。
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