CN110926424A - 一种三维角度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维角度测量仪,包括微处理器和连接到所述微处理器的倾角模块、电源模块、显示模块和键盘模块,所述倾角模块包括检测单元、倾角计算单元和倾角修正单元,所述检测单元包括安装于测量仪内部的容器、安装于所述容器的顶盖底部的透明球壳、包在所述透明球壳外的磁性球壳和悬浮于所述透明球壳中心的磁性元件,透明球壳上下两边均通过图像传感器分别获取图像信号一、二,当倾角修正单元接收到图像信号二与接收到的倾角状态下的静止图像不相符,则根据图像信号二产生的偏移量对倾角进行修正。本发明根据磁性元件的位移和配重物的摆动角度产生的图像信号二的偏移量判断测量仪是否发生变速运动并用于修正上球面图像传感器的检测结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维角度测量仪。
背景技术
自动控制和工程设计中,经常需要对某一个平面或基准进行倾角测量,或者进行自动水平调节。在有些高精度的测量系统中,还需要对系统进行快速调平或者对某些装置与水平面的倾角进行快速的高精度的测量。现有的倾角检测装置有些采用液面在物体倾斜时也保持水平的原理,以此为基准进行倾角的测度,但是在运动过程中由于速度变化,液面也会受外力作用发生倾斜和摇晃,导致检测结果不稳定,如果是在相对平稳的加速作用下,该方法的检测装置还会无法决定误差范围,无法进行有效修正,因此现在需要一种在变速运动过程中能有效判断是否发生变速运动,并便于估计误差范围进行修正的检测装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维角度测量仪,以解决现有技术中测量仪本身无法通过倾角检测模块确定变速运动中自身所受干扰,无法确定可能因此产生的误差范围,难以进行修正的问题。
所述的一种三维角度测量仪,包括微处理器和连接到所述微处理器的倾角模块、电源模块、显示模块和键盘模块,所述倾角模块包括检测单元、倾角计算单元和倾角修正单元,所述检测单元包括安装于测量仪内部的容器、安装于所述容器的顶盖底部的透明球壳、包在所述透明球壳外的磁性球壳和悬浮于所述透明球壳中心的磁性元件,所述容器内设有承托所述磁性球壳的液体,所述磁性球壳与所述透明球壳之间间隙配合,所述磁性球壳上部具有开口,所述透明球壳底部半球部分包有下球面图像传感器,所述透明球壳顶部半球包有上球面图像传感器,所述磁性元件顶部为可部分透光的镜面,所述磁性元件在所述磁性球壳磁力作用下悬浮静止时所述镜面保持水平,所述透明球壳上部内侧一边设有朝所述球壳中心发射的发光器,所述镜面反射的光投射到所述上球面图像传感器,所述磁性元件底部设有光纤导体,所述光纤导体的上端连接到所述磁性元件内接收所述镜面透射的光,所述光纤导体下端为向所述下球面图像传感器发光的射出口。
优选的,所述上球面图像传感器将接收到的图像信号一发送到倾角计算单元,所述倾角计算单元根据镜面反射的光的位置计算出倾角,再将倾角数据发送到所述倾角修正单元,所述倾角修正单元还接收到所述下球面图像传感器发出的图像信号二,所述倾角修正单元根据倾角计算光纤导体竖直向下透射时产生的静止图像,再判断所述图像信号二是否与所述静止图像相符,若相符则输出倾角结果到微处理器,否则将倾角进行修正后输出。
优选的,当倾角修正单元接收到图像信号二与接收到的倾角状态下的静止图像不相符,则根据图像信号二产生的偏移量对倾角进行修正,再输出到所述微处理器,所述微处理器还与数据存储模块相连将测得的倾角数据进行存储,对一定时间内存储的倾角数据进行统计处理后输出到所述显示模块。
优选的,所述光纤导体外包有保护层,所述光纤导体下端连接有配重物并穿出所述配重物底部,所述磁性元件设有内置凸透镜的空腔,所述镜面透射的光经所述凸透镜聚焦后投射到所述光纤导体的上端。
优选的,所述磁性球壳外包有外层结构,包有所述外层结构的磁性球壳整体平均密度小于所述容器内的液体,所述磁性球壳的开口位置高于所述液体的液面,所述液体的液面高于所述磁性球壳的中心位置。
优选的,所述透明球壳包括透明上壳和与所述透明上壳螺纹连接的透明下壳,所述磁性球壳包括下半球壳和螺纹连接在所述下半球壳上面的环状上壳,所述顶盖通过穿过所述透明上壳顶部的连接件所述透明上壳连接,信号及供电线路经所述连接件进入所述透明球壳连接到所述发光器。
优选的,还包括提示装置,所述微处理器还连接有蓝牙发射单元、时钟电路和复位电路,所述提示装置设有蓝牙接收单元、处理器、电池和提示模块,所述提示装置通过蓝牙无线连接所述微处理器,当接收到的倾角数据被所述处理器判定达到设定阈值则向所述提示模块发出命令,所述提示模块发出提示。
优选的,所述提示装置为腕表,所述提示模块包括震动装置和语音提示模块。
优选的,还包括语音提示模块,所述语音提示模块接收到所述微处理器处理后的倾角信息输出音频信号到扬声器播放。
本发明具有如下优点:本发明中通过容器内液体的浮力和间隙配合关系保证磁性球壳状态稳定能在不同倾角下保持姿态相同,进而保证由其提供磁力悬浮的磁性元件位置稳定并通过配重物让镜面保持水平。在这种情况下容器随检测仪倾斜时,发光器随透明球壳移动,上球面图像传感器接收到的光照射位置随之改变,由此可计算处倾角。而镜面透射的光经光纤导体下端射出到下球面图像传感器,当静止状态下由于磁力作用磁性元件位于球心处,射出光竖直向下射出,因此能通过下球面图像传感器的图像判断测量仪是否静止,非静止状态下如果想对加速方向和大小保持稳定,因此造成的磁性元件的位移和配重物的摆动角度会导致下球面图像传感器接收到的图像中光照射位置产生偏移,该偏移量能用于判断测量仪是否发生变速运动并用于修正上球面图像传感器的检测结果,因此克服了现有技术无法确定速度变化令倾角测量仪产生的误差范围,难以进行修正的问题
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图2为倾角为0时,本发明在静止或匀速运动状态下检测单元内部的结构示意图。
图3为倾角不为0时,本发明在静止或匀速运动状态下检测单元内部的结构示意图。
图4为倾角不为0时,本发明在变速运动状态下检测单元内部的结构示意图。
图5为本发明中磁性元件的结构示意图。
图6为本发明中倾角模块的模块信号传递示意图。
附图中箭头表示光线方向,附图中的标记为:1、微处理器,2、倾角模块,3、数据存储模块,4、显示模块,5、键盘模块,6、时钟电路,7、复位电路,8、电源模块,9、上球面图像传感器,10、倾角计算单元,11、倾角修正单元,12、下球面图像传感器,13、透明球壳,14、磁性球壳,15、连接件,16、发光器,17、磁性元件,18、液体,19、外层结构,20、容器,21、配重物,22、镜面,23、凸透镜,24、光纤导体。
具体实施方式
下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明具体实施方式作进一步详细的说明,以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1-6所示,本发明提供了一种三维角度测量仪,包括微处理器1和连接到所述微处理器1的倾角模块2、电源模块8、显示模块4和键盘模块5,所述倾角模块2包括检测单元、倾角计算单元10和倾角修正单元11,所述检测单元包括安装于测量仪内部的容器20、安装于所述容器20的顶盖底部的透明球壳13、包在所述透明球壳13外的磁性球壳14和悬浮于所述透明球壳13中心的磁性元件17,所述容器20内设有承托所述磁性球壳14的液体18,所述磁性球壳14与所述透明球壳13之间间隙配合,所述磁性球壳14上部具有开口,所述透明球壳13底部半球部分包有下球面图像传感器12,所述透明球壳13顶部半球包有上球面图像传感器9,所述磁性元件17顶部为可部分透光的镜面22,所述磁性元件17在所述磁性球壳14磁力作用下悬浮静止时所述镜面22保持水平,所述透明球壳13上部内侧一边设有朝所述球壳中心发射的发光器16,所述镜面22反射的光投射到所述上球面图像传感器9,所述磁性元件17底部设有光纤导体24,所述光纤导体24的上端连接到所述磁性元件17内接收所述镜面22透射的光,所述光纤导体24下端为向所述下球面图像传感器12发光的射出口。
所述上球面图像传感器9将接收到的图像信号一发送到倾角计算单元10,所述倾角计算单元10根据镜面22反射的光的位置计算出倾角,再将倾角数据发送到所述倾角修正单元11,所述倾角修正单元11还接收到所述下球面图像传感器12发出的图像信号二,所述倾角修正单元11根据倾角计算光纤导体24竖直向下透射时产生的静止图像,再判断所述图像信号二是否与所述静止图像相符,若相符则输出倾角结果到微处理器1,否则将倾角进行修正后输出。
当倾角修正单元11接收到图像信号二与接收到的倾角状态下的静止图像不相符,则根据图像信号二产生的偏移量对倾角进行修正,再输出到所述微处理器1,所述微处理器1还与数据存储模块3相连将测得的倾角数据进行存储,对一定时间内存储的倾角数据进行统计处理后输出到所述显示模块4。
所述光纤导体24外包有保护层,所述光纤导体24下端连接有配重物21并穿出所述配重物21底部,所述磁性元件17设有内置凸透镜23的空腔,所述镜面22透射的光经所述凸透镜23聚焦后投射到所述光纤导体24的上端。
所述磁性球壳14外包有外层结构19,包有所述外层结构19的磁性球壳14整体平均密度小于所述容器20内的液体18,所述磁性球壳14的开口位置高于所述液体18的液面,所述液体18的液面高于所述磁性球壳14的中心位置。
所述透明球壳13包括透明上壳和与所述透明上壳螺纹连接的透明下壳,所述磁性球壳14包括下半球壳和螺纹连接在所述下半球壳上面的环状上壳,所述顶盖通过穿过所述透明上壳顶部的连接件15所述透明上壳连接,信号及供电线路经所述连接件15进入所述透明球壳13连接到所述发光器16。
本倾角测量仪还包括提示装置,所述微处理器1还连接有蓝牙发射单元、时钟电路6和复位电路7,所述提示装置设有蓝牙接收单元、处理器、电池和提示模块,所述提示装置通过蓝牙无线连接所述微处理器1,当接收到的倾角数据被所述处理器判定达到设定阈值则向所述提示模块发出命令,所述提示模块发出提示。所述提示装置为腕表,所述提示模块包括震动装置和语音提示模块。
本倾角测量仪还包括语音提示模块,所述语音提示模块接收到所述微处理器1处理后的倾角信息输出音频信号到扬声器播放。
所述的电源模块8为电池或设有变压器并通过插头连接市电。所述倾角测量仪外壳设有提示灯用于提示电源和倾角模块2的工作情况。显示模块4设计时要求能显示多个数据,如:温度、角度、日期等。键盘模块5用于操作设备运行的一种指令和数据输入装置,实现人机对话,向微处理器1发出指令和输入数据。时钟电路6用于产生微处理器1工作时所必需的时钟信号。复位电路7让整个电路恢复到系统的初始状态对倾角初始状态重新校零。
本发明在使用时,如果是静止或接近运输运动状态,容器20随测量仪及安装测量仪的平面倾斜,容器20内液体18的浮力和间隙配合关系保证磁性球壳14状态稳定,进而保证由其提供磁力悬浮的磁性元件17位置稳定,并通过配重物21让镜面22保持水平。
发光器16发出光线,光线到达镜面22后,一部分光线被反射到上球面图像传感器9成像;另一部分光透射到磁性元件17内,经凸透镜23聚焦后到达光纤导体24上端入射口,该入射口如果要保证最佳效果可设于凸透镜23焦点处,透射的光经光纤导体24从下端射到下球面传感器。
所述上球面图像传感器9将接收到的图像信号一发送到倾角计算单元10,所述倾角计算单元10根据镜面22反射的光的位置计算出倾角,再将倾角数据发送到所述倾角修正单元11,所述倾角修正单元11还接收到所述下球面图像传感器12发出的图像信号二,所述倾角修正单元11根据倾角计算光纤导体24竖直向下透射时产生的静止图像,再判断所述图像信号二是否与所述静止图像相符,静止状态下直接将倾角计算模块得到的倾角结果输出到微处理器1。
若倾角测量仪所在的平面再作变速运动,且方向和速度相对稳定,磁性元件17会少许偏离球心,光纤导体24会发生一定倾斜,这都会导致光在下球面图像传感器12的成像位置发生相对于静止状态的偏斜,因此在倾角修正模块能据此判断是否发生变速运动以及大致误差范围,并且当变速的加速度相对稳定时,还能根据图像信号一和图像信号二对倾角进行修正,再将修正后的倾角输出。从而解决了现有技术中无法确定速度变化令倾角测量仪产生的误差范围,难以进行修正的问题。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种三维角度测量仪,包括微处理器(1)和连接到所述微处理器(1)的倾角模块(2)、电源模块(8)、显示模块(4)和键盘模块(5),其特征在于:所述倾角模块(2)包括检测单元、倾角计算单元(10)和倾角修正单元(11),所述检测单元包括安装于测量仪内部的容器(20)、安装于所述容器(20)的顶盖底部的透明球壳(13)、包在所述透明球壳(13)外的磁性球壳(14)和悬浮于所述透明球壳(13)中心的磁性元件(17),所述容器(20)内设有承托所述磁性球壳(14)的液体(18),所述磁性球壳(14)与所述透明球壳(13)之间间隙配合,所述磁性球壳(14)上部具有开口,所述透明球壳(13)底部半球部分包有下球面图像传感器(12),所述透明球壳(13)顶部半球包有上球面图像传感器(9),所述磁性元件(17)顶部为可部分透光的镜面(22),所述磁性元件(17)在所述磁性球壳(14)磁力作用下悬浮静止时所述镜面(22)保持水平,所述透明球壳(13)上部内侧一边设有朝所述球壳中心发射的发光器(16),所述镜面(22)反射的光投射到所述上球面图像传感器(9),所述磁性元件(17)底部设有光纤导体(24),所述光纤导体(24)的上端连接到所述磁性元件(17)内接收所述镜面(22)透射的光,所述光纤导体(24)下端为向所述下球面图像传感器(12)发光的射出口。
2.根据权利要求1所述的一种三维角度测量仪,其特征在于:所述上球面图像传感器(9)将接收到的图像信号一发送到倾角计算单元(10),所述倾角计算单元(10)根据镜面(22)反射的光的位置计算出倾角,再将倾角数据发送到所述倾角修正单元(11),所述倾角修正单元(11)还接收到所述下球面图像传感器(12)发出的图像信号二,所述倾角修正单元(11)根据倾角计算光纤导体(24)竖直向下透射时产生的静止图像,再判断所述图像信号二是否与所述静止图像相符,若相符则输出倾角结果到微处理器(1),否则将倾角进行修正后输出。
3.根据权利要求1所述的一种三维角度测量仪,其特征在于:当倾角修正单元(11)接收到图像信号二与接收到的倾角状态下的静止图像不相符,则根据图像信号二产生的偏移量对倾角进行修正,再输出到所述微处理器(1),所述微处理器(1)还与数据存储模块(3)相连将测得的倾角数据进行存储,对一定时间内存储的倾角数据进行统计处理后输出到所述显示模块(4)。
4.根据权利要求1-3中任一所述的一种三维角度测量仪,其特征在于:所述光纤导体(24)外包有保护层,所述光纤导体(24)下端连接有配重物(21)并穿出所述配重物(21)底部,所述磁性元件(17)设有内置凸透镜(23)的空腔,所述镜面(22)透射的光经所述凸透镜(23)聚焦后投射到所述光纤导体(24)的上端。
5.根据权利要求4所述的一种三维角度测量仪,其特征在于:所述磁性球壳(14)外包有外层结构(19),包有所述外层结构(19)的磁性球壳(14)整体平均密度小于所述容器(20)内的液体(18),所述磁性球壳(14)的开口位置高于所述液体(18)的液面,所述液体(18)的液面高于所述磁性球壳(14)的中心位置。
6.根据权利要求5所述的一种三维角度测量仪,其特征在于:所述透明球壳(13)包括透明上壳和与所述透明上壳螺纹连接的透明下壳,所述磁性球壳(14)包括下半球壳和螺纹连接在所述下半球壳上面的环状上壳,所述顶盖通过穿过所述透明上壳顶部的连接件(15)所述透明上壳连接,信号及供电线路经所述连接件(15)进入所述透明球壳(13)连接到所述发光器(16)。
7.根据权利要求6所述的一种三维角度测量仪,其特征在于:还包括提示装置,所述微处理器(1)还连接有蓝牙发射单元、时钟电路(6)和复位电路(7),所述提示装置设有蓝牙接收单元、处理器、电池和提示模块,所述提示装置通过蓝牙无线连接所述微处理器(1),当接收到的倾角数据被所述处理器判定达到设定阈值则向所述提示模块发出命令,所述提示模块发出提示。
8.根据权利要求7所述的一种三维角度测量仪,其特征在于:所述提示装置为腕表,所述提示模块包括震动装置和语音提示模块。
9.根据权利要求6所述的一种三维角度测量仪,其特征在于:还包括语音提示模块,所述语音提示模块接收到所述微处理器(1)处理后的倾角信息输出音频信号到扬声器播放。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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