CN112053740B - 一种多用途自动水平调节装置及调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种多用途自动水平调节装置，包括压力测量组件、调节组件以及控制器，所述压力测量组件包括液体容器、设置在液体容器内部侧壁表面的若干薄膜应变式压力传感器以及存储在液体容器内的测量液；所述调节组件包括高度调节件和方向调节器，所述高度调节件设置在下端且与地面或安装平台固定连接，所述方向调节器包括与高度调节件顶部连接的固定套以及套合在固定套内的球形关节，所述球形关节的顶部设置有与液体容器底部连接的顶板；所述压力测量组件和调节组件均与控制器连接。本发明解决了工程项目中设备的水平调整依靠水平尺、水平气泡等装置进行手动调节而造成调节效率不高、普通自动水平调节装置调节精度不高的问题。

Description

一种多用途自动水平调节装置及调平方法

技术领域

本发明涉及工程项目中水平调节技术领域，具体涉及一种多用途自动水平调节装置及调平方法。

背景技术

水平调整是工程测量、工程沉降监测、设备安装等必备的准备工作，目前水平调整工作大多依靠操作人员观察水平尺、水平气泡等装置进行手动调节，调整效率取决于个人经验，特别是工程测量在换站测量时需重新调整，无形中降低了工作效率。可自动调整水平的装置放置后即可快速自动调平，有效减少人工参与、提高工作效率，具有广阔的应用推广前景。

中国专利申请“CN101847448自动调平装置及方法”中涉及到关于水平调节的装置和调节方法，其利用倾角传感器作为水平检测模块并结合调节模块以及处理模块进行水平调节，但其调节模块只包含由液压驱动的液压调节装置且液压调节装置和载物平台直接连接，在进行调节时不能很好地适应载物平台的倾斜，由于倾角传感器内部结构精密，其维修和维护成本较高，不利于节约经济成本，此外其调平方法仅涉及一道调节程序，调节精度难以保证。

发明内容

为了解决现有技术中在工程项目中设备的水平调整依靠水平尺、水平气泡等装置进行手动调节而造成调节效率不高、普通自动水平调节装置调节精度不高的问题。本发明提出一种多用途自动水平调节装置及调平方法。

一种多用途自动水平调节装置，包括压力测量组件、调节组件以及控制器，所述压力测量组件包括液体容器、设置在液体容器内部侧壁表面的若干薄膜应变式压力传感器以及存储在液体容器内的测量液；

所述调节组件包括高度调节件和方向调节器，所述高度调节件设置在下端且与地面或安装平台固定连接，所述方向调节器包括与高度调节件顶部连接的固定套以及套合在固定套内的球形关节，所述球形关节的顶部设置有与液体容器底部连接的顶板；

所述压力测量组件和调节组件均与控制器连接。

进一步地，所述液体容器的横截面为正方形且液体容器整体密封。

进一步地，所述薄膜应变式压力传感器的数量至少为四个且周向均匀分布与液体容器内壁，所述每个薄膜应变式压力传感器对应一组调节组件。

进一步地，所述测量液采用高重度的液体汞，测量液的液面位于液体容器高度的1/2～3/4处。

进一步地，所述控制器与薄膜应变式压力传感器通过压力传感数据线连接，控制器与高度调节件通过高度调节数据线连接。

进一步地，所述高度调节件为气动或液压的伸缩杆。

一种多用途自动水平调节装置的调平方法，包含所述的一种多用途自动水平调节装置，所述调平方法包括以下步骤：

步骤1.1，薄膜应变式压力传感器测量测量液的压力，将测量的压力通过压力传感数据线发送给控制器；

步骤1.2，控制器进行压力数据处理和分析，并将动作指令通过高度调节数据线发送至高度调节件；

步骤1.3，高度调节件在控制器的控制下结束动作或依次进行大幅度粗调程序和小幅度精调程序；

步骤1.4，若步骤1.3中高度调节件执行了大幅度粗调程序和小幅度精调程序，则继续由步骤1.1起始进行测量。

进一步地，控制器进行压力数据处理和分析具体为：控制器将压力数据分别与测量液液面水平时的标准压力值Pm所在的精度允许误差范围Px～Py进行对比，若压力数据不在Px～Py范围内则该处对应的高度调节件依次进行大幅度粗调程序和小幅度精调程序，若压力数据在Px～Py范围内则该处高度调节件不动作。

进一步地，所述大幅度粗调程序包括以下步骤：

步骤2.1，根据公式P=1/2γh²计算每处薄膜应变式压力传感器处的液面高度h，

步骤2.1，将每处的液面高度h与测量液液面水平时的标准高度hm相减并判断，

步骤2.3，高度调节件响应步骤2.2的判断结果，若h-hm>0，则该处对应的高度调节件上调h-hm高度，否则该处对应的高度调节件下调hm-h高度。

进一步地，所述小幅度粗调程序包括以下步骤：

步骤3.1，经过大幅度粗调程序后，薄膜应变式压力传感器重新测量压力，并将压力数据发送给控制器，

步骤3.2，控制器将其中一处压力数据与测量液液面水平时的标准压力值Pm所在的范围Px～Py进行对比，若P>Py,则该处对应的高度调节件上调1mm并重新返回步骤3.1，否则则进入步骤3.3，

步骤3.3，进行判断，若P<Px，则该处对应的高度调节件下调1mm并重新返回步骤3.1，否则进行下一个压力数据处理并继续由步骤3.2开始执行直至最后一处压力数据处理完毕并结束；

所述Px～Py所对应的高度范围hx～hy的高度差大于1mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出一种多用途自动水平调节装置，通过设置的压力测量组件、调节组件以及控制器，使工程项目中依靠水平尺、水平气泡等装置进行手动调节水平度的方式变为由控制器控制，压力测量组件检测水平度并通过控制器控制调节组件进行水平调节；

其中通过液态汞作为测量液，由于液态汞的重度为液体水重度的13.6倍，液体压力大小相同时，水柱高度为液体汞高度的3.69倍，减小装置尺寸且节约了空间；通过调节组件中高度调节件和方向调节器的设置，使在水平调节时能够适应高度调节件和液体容器间的角度变化，使用灵活方便；

多用途自动水平调节装置的调平方法中，通过大幅度粗调程序和小幅度粗调程序的设置，使自动水平调节装置在进行水平调节时的精度更高，且通过标准液面压力（高度）范围的参数设置，在保证精确度的前提下，使调节功能更加可靠，避免系统中因压力数据判断时因量程过小或为一固定值而产生死循环，保证了水平调节装置的稳定性和实用性。

附图说明

图1是本发明一种多用途自动水平调节装置的纵向剖面结构示意图。

图2是本发明一种多用途自动水平调节装置的横向剖面结构示意图。

图3是本发明一种多用途自动水平调节装置的调节组件结构示意图。

图4是本发明实施例二中一种多用途自动水平调节装置的调平方法的工作原理示意图一。

图5是本发明实施例二中一种多用途自动水平调节装置的调平方法的工作原理示意图二。

图6是本发明一种多用途自动水平调节装置的调平方法的整体流程图。

图7是本发明一种多用途自动水平调节装置的调平方法的大幅度粗调程序流程图。

图8是本发明一种多用途自动水平调节装置及调平方法的小幅度精调程序流程图。

附图标号为：1为液体容器，2为薄膜应变式压力传感器，3为测量液，4为高度调节件，5为方向调节器，6为固定套，7为球形关节，8为顶板，9为压力传感数据线，10为高度调节数据线，11为控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步解释说明：

实施例一

如图 1~3所示，一种多用途自动水平调节装置，包括压力测量组件、调节组件以及控制器11，所述压力测量组件包括液体容器1、设置在液体容器1内部侧壁表面的若干薄膜应变式压力传感器2以及存储在液体容器1内的测量液3；

所述调节组件包括高度调节件4和方向调节器5，所述高度调节件4设置在下端且与地面或安装平台固定连接，所述方向调节器5包括与高度调节件4顶部连接的固定套6以及套合在固定套内的球形关节7，所述球形关节7的顶部设置有与液体容器1底部连接的顶板8；所述压力测量组件和调节组件均与控制器11连接。

所述液体容器1的横截面为正方形且液体容器1整体密封；所述薄膜应变式压力传感器2的数量至少为四个且周向均匀分布与液体容器1内壁，所述每个薄膜应变式压力传感器2对应一组调节组件；所述测量液3采用高重度的液体汞，测量液3的液面位于液体容器1高度的1/2～3/4处。

所述控制器11与薄膜应变式压力传感器2通过压力传感数据线9连接，控制器11与高度调节件4通过高度调节数据线10连接；所述高度调节件4为气动或液压的伸缩杆。

通过设置的压力测量组件、调节组件以及控制器11，使工程项目中依靠水平尺、水平气泡等装置进行手动调节水平度的方式变为由控制器11控制，压力测量组件检测水平度并通过控制器11控制调节组件进行水平调节；

其中通过液态汞作为测量液，由于液态汞的重度为液体水重度的13.6倍，液体压力大小相同时，水柱高度为液体汞高度的3.69倍，减小装置尺寸且节约了空间；通过调节组件中高度调节件4和方向调节器5的设置，使在水平调节时能够适应高度调节件4和液体容器1间的角度变化，使用灵活方便；

在具体使用时，首先将待调平的设备或平面与液体容器1的底面重合或平行固定，高度调节件4的底部与地面固定，通过控制器11启动自动水平调节装置，设置在液体容器1内壁的薄膜应变式压力传感器2测量该位置处的液面压力并通过压力传感数据线9发送给控制器11，控制器11进行压力数据处理并根据处理结果依次进行大幅度粗调程序和小幅度粗调程序或停止调平使调节组件进行相应的动作，最终实现设备或平面的自动水平调节。

实施例二

如图4~8所示，一种多用途自动水平调节装置的调平方法，包含实施例一中所述的一种多用途自动水平调节装置，所述调平方法包括以下步骤：

步骤1.1，薄膜应变式压力传感器2测量测量液3的压力，将测量的压力通过压力传感数据线9发送给控制器11；

步骤1.2，控制器11进行压力数据处理和分析，并将动作指令通过高度调节数据线10发送至高度调节件4；

步骤1.3，高度调节件4在控制器11的控制下结束动作或依次进行大幅度粗调程序和小幅度精调程序；

步骤1.4，若步骤1.3中高度调节件4执行了大幅度粗调程序和小幅度精调程序，则继续由步骤1.1起始进行测量。

调平方法中，控制器11进行压力数据处理和分析具体为：控制器11将压力数据分别与测量液3液面水平时的标准压力值Pm所在的精度允许误差范围Px～Py进行对比，若压力数据不在Px～Py范围内则该处对应的高度调节件4依次进行大幅度粗调程序和小幅度精调程序，若压力数据在Px～Py范围内则该处高度调节件4不动作。

所述大幅度粗调程序包括以下步骤：

步骤2.1，根据公式P=1/2γh²计算每处薄膜应变式压力传感器2处的液面高度h，

步骤2.2，将每处的液面高度h与测量液3液面水平时的标准高度hm相减并判断，

步骤2.3，高度调节件响应步骤2.2的判断结果，若h-hm>0，则该处对应的高度调节件上调h-hm高度，否则该处对应的高度调节件下调hm-h高度。

所述小幅度粗调程序包括以下步骤：

步骤3.1，经过大幅度粗调程序后，薄膜应变式压力传感器2重新测量压力，并将压力数据发送给控制器11，

步骤3.2，控制器11将其中一处压力数据与测量液3液面水平时的标准压力值Pm所在的范围Px～Py进行对比，若P>Py,则该处对应的高度调节件4上调1mm并重新返回步骤3.1，否则则进入步骤3.3，

步骤3.3，进行判断，若P<Px，则该处对应的高度调节件4下调1mm并重新返回步骤3.1，否则进行下一个压力数据处理并继续由步骤3.2开始执行直至最后一处压力数据处理完毕并结束；

所述Px～Py所对应的高度范围hx～hy的高度差大于1mm。

在通过调平方法进行调节时，以图4和图5所示的左右两侧二维液面调平为例，其具体工作原理为：

待调节时图4中左侧第一处薄膜应变式压力传感器2处检测的压力P1为0.068KPa，对应该处液面高度h1，右侧第二处薄膜应变式压力传感器2处检测的压力P2为0.0435 KPa，对应该处高度h2，由于液体容器1的形状不变，其内的测量液3体积也不变，由此得出液体容器1内测量液3在水平时液面的标准高度为9cm，

已知液态汞的重度γ为13.6g/cm³，液体产生的压力与重度和高度的关系为，

P=1/2γh²，

将P1、P2和γ的值带入可得，

h1=8cm，h2=10cm；

两处高度与标准高度对比可得，将左右两侧调平的方法为通过调节组件使左侧的高度上升1cm、右侧的高度下降1cm即可。

具体调节方法中，以相对应的四个薄膜应变式压力传感器2和四组调节组件为例，每处的对应压力值分别为Pa、Pb、Pc和Pd，其液面高度为ha、hb、hc、hd，根据液体容器1的形状尺寸和其内测量液3的体积得出测量液3在液体容器1内水平时的标准压力值和标准液面高度分别为Pm和hm，以hm为中值点的标准液面高度范围为hx～hy，且在调节组件高度调节的精度限制为1mm时hy-hx>1mm，其标准压力范围为Px～Py。

实际进行调节时，薄膜应变式压力传感器2测量测量液3的压力，将测量的压力Pa、Pb、Pc和Pd通过压力传感数据线9发送给控制器11；控制器11进行压力数据处理和分析，并将动作指令通过高度调节数据线10发送至高度调节件4；

若压力数据Pa、Pb、Pc和Pd不同时在Px～Py范围内，则该处对应的高度调节件4在控制器11依次进行大幅度粗调程序和小幅度精调程序，若压力数据Pa、Pb、Pc和Pd同时在Px～Py范围内，高度调节件4不动作且整个调平程序结束；

若高度调节件4执行了大幅度粗调程序和小幅度精调程序之后，则继续由实际调节的起始进行测量和检测避免第一轮水平调节后出现调节不到位的情况。

大幅度粗调程序具体过程：

根据公式P=1/2γh²和Pa、Pb、Pc和Pd以及γ的值计算每处薄膜应变式压力传感器2处的液面高度ha、hb、hc、hd；

将每处的液面高度ha、hb、hc、hd与测量液3液面水平时的标准高度hm相减并判断；

高度调节件响应判断结果，若h-hm>0，则该处对应的高度调节件上调h-hm高度，否则该处对应的高度调节件下调hm-h高度。

小幅度粗调程序具体过程：

经过大幅度粗调程序后，薄膜应变式压力传感器2重新测量压力Pa、Pb、Pc和Pd，并将压力数据发送给控制器11，

控制器11将其中一处压力（如Pa）的数据与测量液3液面水平时的标准压力值Pm所在的范围Px～Py进行对比，若Pa>Py,则该处对应的高度调节件4上调1mm并重新对此处的压力值进行检测并更新Pa、Pb、Pc和Pd的数值，否则继续进行判断，若Pa<Px，则该处对应的高度调节件4下调1mm并对此处的压力值进行检测并更新Pa、Pb、Pc和Pd的数值，否则进行下一个压力数据（Pb）的处理直至所有压力数据（Pc和Pd）处理完毕并结束。

通过大幅度粗调程序和小幅度粗调程序的设置，使自动水平调节装置在进行水平调节时的精度更高，且通过标准液面压力（高度）范围的参数设置，在保证精确度的前提下，使调节功能更加可靠，避免系统中因压力数据判断时因量程过小或为一固定值而产生死循环，保证了水平调节装置的稳定性和实用性。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (8)

1.一种多用途自动水平调节装置，包括压力测量组件、调节组件以及控制器（11），其特征在于，所述压力测量组件包括液体容器（1）、设置在液体容器（1）内部侧壁表面的若干薄膜应变式压力传感器（2）以及存储在液体容器（1）内的测量液（3）；

所述调节组件包括高度调节件（4）和方向调节器（5），所述高度调节件（4）设置在下端且与地面或安装平台固定连接，所述方向调节器（5）包括与高度调节件（4）顶部连接的固定套（6）以及套合在固定套内的球形关节（7），所述球形关节（7）的顶部设置有与液体容器（1）底部连接的顶板（8）；所述液体容器（1）的横截面为正方形且液体容器（1）整体密封；所述薄膜应变式压力传感器（2）的数量至少为四个且周向均匀分布与液体容器（1）内壁，每个所述薄膜应变式压力传感器（2）对应一组调节组件；

所述压力测量组件和调节组件均与控制器（11）连接。

2.根据权利要求1所述的一种多用途自动水平调节装置，其特征在于，所述测量液（3）采用高重度的液体汞，测量液（3）的液面位于液体容器（1）高度的1/2～3/4处。

3.根据权利要求1所述的一种多用途自动水平调节装置，其特征在于，所述控制器（11）与薄膜应变式压力传感器（2）通过压力传感数据线（9）连接，控制器（11）与高度调节件（4）通过高度调节数据线（10）连接。

4.根据权利要求1所述的一种多用途自动水平调节装置，其特征在于，所述高度调节件（4）为气动或液压的伸缩杆。

5.一种多用途自动水平调节装置的调平方法，包含权利要求1～4任一项所述的一种多用途自动水平调节装置，其特征在于，所述调平方法包括以下步骤：

步骤1.1，薄膜应变式压力传感器（2）测量测量液（3）的压力，将测量的压力通过压力传感数据线（9）发送给控制器（11）；

步骤1.2，控制器（11）进行压力数据处理和分析，并将动作指令通过高度调节数据线（10）发送至高度调节件（4）；

步骤1.3，高度调节件（4）在控制器（11）的控制下结束动作或依次进行大幅度粗调程序和小幅度精调程序；

步骤1.4，若步骤1.3中高度调节件（4）执行了大幅度粗调程序和小幅度精调程序，则继续由步骤1.1起始进行测量。

6.根据权利要求5所述的一种多用途自动水平调节装置的调平方法，其特征在于，控制器（11）进行压力数据处理和分析具体为：控制器（11）将压力数据分别与测量液（3）液面水平时的标准压力值Pm所在的精度允许误差范围Px～Py进行对比，若压力数据不在Px～Py范围内则该处对应的高度调节件（4）依次进行大幅度粗调程序和小幅度精调程序，若压力数据在Px～Py范围内则该处高度调节件（4）不动作。

7.根据权利要求5所述的一种多用途自动水平调节装置的调平方法，其特征在于，所述大幅度粗调程序包括以下步骤：

步骤2.1，根据公式P=1/2γh²计算每处薄膜应变式压力传感器（2）处的液面高度h，

步骤2.2，将每处的液面高度h与测量液（3）液面水平时的标准高度hm相减并判断，

步骤2.3，高度调节件响应步骤2.2的判断结果，若h-hm>0，则该处对应的高度调节件上调h-hm高度，否则该处对应的高度调节件下调hm-h高度。

8.根据权利要求5所述的一种多用途自动水平调节装置的调平方法，其特征在于，所述小幅度精调程序包括以下步骤：

步骤3.1，经过大幅度粗调程序后，薄膜应变式压力传感器（2）重新测量压力，并将压力数据发送给控制器（11），

步骤3.2，控制器（11）将其中一处压力数据与测量液（3）液面水平时的标准压力值Pm所在的范围Px～Py进行对比，若P>Py,则该处对应的高度调节件（4）上调1mm并重新返回步骤3.1，否则则进入步骤3.3，

步骤3.3，进行判断，若P<Px，则该处对应的高度调节件（4）下调1mm并重新返回步骤3.1，否则进行下一个压力数据处理并继续由步骤3.2开始执行直至最后一处压力数据处理完毕并结束；

所述Px～Py所对应的高度范围hx～hy的高度差大于1mm。

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