CN111043831A - 一种基于积分法的空间角度检测方法 - Google Patents

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冯冲
安宁
王岩
李宁
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Dalian Minzu University
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D29/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25D29/003—Arrangement or mounting of control or safety devices for movable devices
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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Abstract

本发明适用于一种检测方法，提供了一种基于积分法的空间角度检测方法，包括以下步骤：建立阀门开启角度与水流时间模型，将阀门开启角度与空间角度相关联，采集对应的阀门开启角度与水流时间数据；对数据结果进行采样分析，得到阀门开启角度与水流时间的拟合函数方程；通过将水流时间数据带入至所得拟合函数方程，得到的阀门开启角度即为空间角度，本发明的有益效果是：将微小的角度变化转化为显著的时间变化，通过统计不同空间角度对应的水流时间，得到空间角度与时间关系对应表，两两一组作为离散的采样点，得出拟合函数方程，将检测数据代入拟合函数方程观察误差大小，取误差最小的方程作为此系统下空间角度与时间的计算方程。

Description

一种基于积分法的空间角度检测方法
技术领域
本发明涉及一种检测方法，尤其涉及一种基于积分法的空间角度检测方法。
背景技术
虽然家用电器越来越智能先进，但实际应用时出现的各种问题仍迟迟不能有效解决。
以冰箱为例，箱门关不严就是个一直存在又难以解决的问题。箱门关不严最直接的危害就是冷冻室结冰，影响制冷效果，并且食物无法有效储存，严重者影响压缩机寿命，耗电量巨额增加，正因为箱门与箱体间的微小间隙不易被人察觉，并且对冰箱造成的危害是一个长期的过程，所以此问题才仍没有被解决。
因此，对箱门与箱体之间夹角进行有效检测可以避免因为箱门关不严而导致的影响制冷效果、压缩机寿命等问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于积分法的空间角度检测方法，旨在解决现有技术中无法有效检测箱门关不严而导致的影响制冷效果、压缩机寿命等问题。
本发明实施例是这样实现的，一种基于积分法的空间角度检测方法，包括以下步骤：
建立阀门开启角度与水流时间模型，将阀门开启角度与空间角度相关联，采集对应的阀门开启角度与水流时间数据；
对数据结果进行采样分析，得到阀门开启角度与水流时间的拟合函数方程；
通过将水流时间数据带入至所得拟合函数方程，得到的阀门开启角度即为空间角度。
作为本发明进一步的方案：所得拟合函数方程的数量为多个，且分别对应不同的阶数。
作为本发明再进一步的方案：在得到拟合函数方程的同时，还得出实际数据与拟合值之间的残差，对残差进行筛选，得到残差最小且残差满足设定阈值的拟合函数方程。
作为本发明再进一步的方案：所述阈值为残差最大值不超过10％。
作为本发明再进一步的方案：对数据结果进行采样分析时，以阀门开启角度和水流时间两两一组进行离散采样。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将微小的角度变化转化为显著的时间变化，通过统计不同空间角度对应的水流时间，得到空间角度与时间关系对应表，两两一组作为离散的采样点，得出拟合函数方程，将检测数据代入拟合函数方程观察误差大小，取误差最小的方程作为此系统下空间角度与时间的计算方程；而且该检测方法可推广到众多类似的具有机械开合情况的应用中，在家用智能监控中具有重要意义。
附图说明
图1为一种基于积分法的空间角度检测方法中空间角度与时间关系对应图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种基于积分法的空间角度检测方法，包括以下步骤：
建立阀门开启角度与水流时间模型，将阀门开启角度与空间角度相关联，采集对应的阀门开启角度与水流时间数据；
实际应用时，阀门开启角度与水流时间模型的实质是将空间角度的问题进行简化，在水是定量的情况下，阀门开启的角度可以控制水流大小以及时间的长短，这里阀门的开启角度即代表空间角度；
对数据结果进行采样分析，得到阀门开启角度与水流时间的拟合函数方程，所述数据结果如表1空间角度与水流时间关系对应表所示；
通过将水流时间数据带入至所得拟合函数方程，得到的阀门开启角度即为空间角度。
表1空间角度与水流时间关系对应表
Figure BDA0002346823740000021
因空间角度与水流时间存在一一对应的关系，将空间角度与时间数据两两分为一组作为采样点，进行线性拟合便能得到空间角度与时间的关系式，这样即可根据水流的不同时间来计算空间角度，其所得对应图像为图1所示。
由图1可以直观的看到，等量水条件下，空间角度越小，对应的水流完所用时间越长，相反空间角度越大，用时越短。
由于因水流下来是一个累积的过程，在本实施例的一种情况中，检测时间内，容器内待检测的水的体积是一定的
那么，令容器的底面积为S容，容器内形成的液柱的高度为H容，
则水的体积V＝S容×H容；
由于S容可测量，那么在给定V的情况下，H容也是已知的(本实施例中，S容为34.795cm2，H容为2.01cm，二者相乘得到水的体积为69.938ml，近似处理为70ml)。
打开容器下方阀门，阀门开启，水会从缝隙流出，不同缝隙即对应着不同的空间角度，空间角度不同，液体流下来形成的新的液柱的截面积和高度也不同，令此时新液柱截面积为S，新液柱高度为H。
因水的体积一定，有如下关系：V＝S容×H容＝S×H＝定值；
设阀门的实际开启角度为N，
则液柱截面积与容器截面积应有如下关系：S＝N×S容/360，因水的流速受重力、摩擦力等多重因素影响不易确定，此处假设水做匀加速直线运动；
根据运动学公式有液柱高度H＝at2/2，则有S容×H容＝S×H＝(at2/2)×(N×S容/360)；
将上式简化可得：a＝720H容/nt2
因H容已知，代入n和t可求取每个空间角度下液体运动加速度a。
通过观察数据可得，液体运动加速度a并不相同，此处，求取平均值a1，这里平均加速度a1为0.0003051m/s2。
可进一步得到角度与时间的公式n＝720H容/a1t2，但因平均加速度a1与实际加速度a不同，所以在计算空间角度时会产生误差。如表2所示是确定了平均加速度a1后由公式计算得到的空间角度值及误差。
表2，由平均加速度a1确定的空间角度与误差分析表
Figure BDA0002346823740000031
Figure BDA0002346823740000041
通过表2可以观察到由这种方法计算所得的角度与原数据有较大误差，所以并不可取。
作为本发明一个优选的实施例，所得拟合函数方程的数量为多个，且分别对应不同的阶数。
本实施例的一种情况中，拟合函数方程的数量为三个，分别为二阶、三阶和四阶，在得到拟合函数方程的同时，还得出实际数据与拟合值之间的残差，对残差进行筛选，得到残差最小且残差满足设定阈值的拟合函数方程。
通过给出的拟合函数方程，代入表1中的时间数据，计算对应空间角度，发现三阶拟合函数所得到的值与原曲线的值最为接近。该系统下，三阶拟合函数为：
y＝-0.0029x3+0.06x2-4.9x+170。对其进行误差分析所得数据如表3所示。
表3三阶拟合函数所得空间角度与误差分析表
Figure BDA0002346823740000042
Figure BDA0002346823740000051
在实际应用时，采样点越多，曲线越光滑，空间角度与时间的关系越准确，残差越小。通过表3可得知，在最大允许残差范围不超过10％时，此系统适用于对65°～130°的角度检测。(这里最大检测到130°是受实验仪器的限制)，对于误差的处理：除了增加采样点，提高使用仪器的精密度也能大大增加检测方法的准确度。
本发明上述实施例提供了一种基于积分法的空间角度检测方法，将微小的角度变化转化为显著的时间变化，通过统计不同空间角度对应的水流时间，得到空间角度与时间关系对应表，两两一组作为离散的采样点，得出拟合函数方程，将检测数据代入拟合函数方程观察误差大小，取误差最小的方程作为此系统下空间角度与时间的计算方程；而且该检测方法可推广到众多类似的具有机械开合情况的应用中，在家用智能监控中具有重要意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于积分法的空间角度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立阀门开启角度与水流时间模型，将阀门开启角度与空间角度相关联，采集对应的阀门开启角度与水流时间数据；
对数据结果进行采样分析，得到阀门开启角度与水流时间的拟合函数方程；
通过将水流时间数据带入至所得拟合函数方程，得到的阀门开启角度即为空间角度。
2.根据权利要求1所述的一种基于积分法的空间角度检测方法，其特征在于，所得拟合函数方程的数量为多个，且分别对应不同的阶数。
3.根据权利要求2所述的一种基于积分法的空间角度检测方法，其特征在于，在得到拟合函数方程的同时，还得出实际数据与拟合值之间的残差，对残差进行筛选，得到残差最小且残差满足设定阈值的拟合函数方程。
4.根据权利要求3所述的一种基于积分法的空间角度检测方法，其特征在于，所述阈值为残差最大值不超过10％。
5.根据权利要求1所述的一种基于积分法的空间角度检测方法，其特征在于，对数据结果进行采样分析时，以阀门开启角度和水流时间两两一组进行离散采样。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331578A (en) * 1990-09-14 1994-07-19 Deutsche Forschungsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. Procedure for measuring angles and trajectories by means of gyros and inertial systems
CN104819703A (zh) * 2015-04-30 2015-08-05 无锡悟莘科技有限公司 一种用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法
CN110160494A (zh) * 2019-05-30 2019-08-23 淮阴工学院 空间角度测量装置

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