CN114018132A - 一种数显弧度测量装置 - Google Patents

Abstract

一种数显弧度测量装置，适用于圆柱和圆弧的弧度测量。该装置包括：定栅主尺(1)，动栅游标尺(2)，封装壳体(3)，激光定位仪(4)，直线电机(5)，控制面板(6)，存储器(7)，USB接口(8)，LCD显示屏(9)，STM32芯片(10)，游标尺伸缩引脚(11)，主尺伸缩引脚(12)，膜片式压力传感器(13)。动栅游标尺(2)和定栅主尺(1)之间的容栅传感模块将移动距离通过数据采集模块传递给STM32芯片(10)，STM32芯片(10)收到数据后通过运算在LCD显示屏(9)上显示弧度值，控制面板(6)上的“存储”按键可将相关数据记录在存储器(7)上，并通过USB接口(8)对外输出。该装置单人操作即可完成弧度测量、数据存储、数据录入等相关工作。

Description

一种数显弧度测量装置

技术领域

本发明属于测量领域，适用于圆柱和圆弧的弧度测量。

背景技术

目前随着建筑业的发展，不规则材料的使用日渐增多，施工过程中需要对圆弧部件的弧度进行准确测量；此外，在钻井、勘探领域常用到螺纹连接，由于螺纹连接不能保证被连接件相关标定线的严格对齐，因此也需要对其偏移弧度进行准确测量，由此可见，对圆柱面或者圆弧线段弧度的测量十分必要。

目前对弧度的测量方式主要包括卷尺、三坐标测量仪、四杆机构、旋转电阻、超声成像等。利用卷尺测量时，需要测量圆柱的弧长和周长，通过计算来确定圆弧所对应的弧度值，误差较大；在专利《瓦形磁体内弧多段弧测量装置》(申请号201820253735.9)中，给出了一种基于三坐标测量仪的弧度测量装置，该装置仅适用于瓦型组件的弧度测量，通用性不高；在专利《一种脊柱内固定连接棒弧度测量器》(申请号202020149799.1)中，对传统的平行测量和几何投影法进行了改进，给出了一种基于四杆机构的脊柱弧度测量器具，该装置较大，需要人工读取数据；在专利《立式轴系转子弧度测量装置》(申请号201720924911.2)中，在旋转过程中将弧度的变化转换为旋转电阻测量模块的电阻变化，通过单片机、集成电路将输出信号在显示器上显示，操作简单，但仅适用于转子系统现场的弧度测量；在专利《一种超声成像弧度测量系统准确性验证装置》(申请号201621113173.5)中，利用超声探头的移动进行扫描成像进而测量弧度，该装置需要有水和超声耦合剂，使用环境限制因素较多。由此可见，设计一种适用范围广，便于操作、存储、记录的弧度测量装置十分必要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题：现有的弧度测量仪适用范围窄，不便于存储记录的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种数显弧度测量装置，该装置包括：定栅主尺，动栅游标尺，封装壳体，激光定位仪，直线电机，控制面板，存储器，USB接口，LCD显示屏，STM32芯片，游标尺伸缩引脚，主尺伸缩引脚，膜片式压力传感器。

该装置各部分之间的连接：

主尺伸缩引脚固定在定栅主尺的端部，主尺伸缩引脚能够伸缩且表面标有刻度，主尺伸缩引脚端部固定有膜片式压力传感器，游标尺伸缩引脚固定在动栅游标尺的端部，游标尺伸缩引脚能够伸缩且表面标有与主尺伸缩引脚相同的刻度，测量系统的封装壳体与动栅游标尺固定，激光定位仪和直线电机固定在封装壳体顶部，封装壳体的表面固定有控制面板，存储器，USB接口，LCD显示屏，STM32芯片。

激光定位仪用来保证测量过程仪器水平放置，直线电机用来将控制动栅游标尺与在定栅主尺上移动和锁紧，控制面板包含多项功能按键，包括“圆柱、圆弧、劣弧、优弧、L、D/H、存储、背光、语音、录入”等，存储器用来存储测量的数据和测量时间，USB接口用来与客户端通信，LCD显示屏用来实时显示信息，STM32芯片用来做数据采集和运算；当动栅游标尺相对定栅主尺发生相对移动后，二者之间的容栅传感模块将移动距离这一物理信号转化成数字信号后通过数据采集模块传递给STM32芯片，STM32芯片收到数据后通过运算将数字信号转化成模拟信号并在LCD显示屏上实时显示，同时通过运算将长度信号转化成弧度值在LCD显示屏上实时显示，并控制背光模块进行照明，控制语音模块进行语音提示，语音提示操作人员进行数据录入，语音提示需要通过控制面板上的“语音”按键进行关闭，最后通过控制面板上的存储按键将相关数据记录在存储器上，存储的数据能够通过USB接口对外输出。

本发明的有益效果：

通过该装置能够大大简化在土建、钻井、勘探等领域弧度测量的操作步骤，单人操作即可完成弧度测量、数据存储、数据录入的相关工作，测量过程全程电子化记录，同时该系统具有防呆设计，能够极大限度的减少因操作人员的失误造成弧度的测量误差。

附图说明

图1一种数显弧度测量装置。

图中：定栅主尺1，动栅游标尺2，封装壳体3，激光定位仪4，直线电机5，控制面板6，存储器7，USB接口8，显示屏9，STM32芯片10，游标尺伸缩引脚11，主尺伸缩引脚12，膜片式压力传感器13。

图2测量系统。

图3工作原理。

图4圆柱弧度测量示意图。

图5圆弧弧度测量示意图。

具体实施方式

以附图1至附图5为具体实施方式对本发明作进一步说明：

一种数显弧度测量装置，该装置包括：定栅主尺1，动栅游标尺2，封装壳体3，激光定位仪4，直线电机5，控制面板6，存储器7，USB接口8，LCD显示屏9，STM32芯片10，游标尺伸缩引脚11，主尺伸缩引脚12，膜片式压力传感器13。

该装置各部分之间的连接：

主尺伸缩引脚12固定在定栅主尺1的端部，主尺伸缩引脚12能够伸缩且表面标有刻度，主尺伸缩引脚12端部固定有膜片式压力传感器13，游标尺伸缩引脚11固定在动栅游标尺2的端部，游标尺伸缩引脚11能够伸缩且表面标有与主尺伸缩引脚12相同的刻度，测量系统的封装壳体3与动栅游标尺2固定，激光定位仪4和直线电机5固定在封装壳体3顶部，封装壳体3的表面固定有控制面板6、存储器7、USB接口8、LCD显示屏9、STM32芯片10，如图1所示。

测量系统如图2所示，激光定位仪4用来保证测量过程仪器水平放置，直线电机5用来控制动栅游标尺2在定栅主尺1上移动和锁紧，控制面板6包含多项功能按键，如图2中所示“圆柱、圆弧、劣弧、优弧、L、D/H、存储、背光、语音、录入”等，存储器7用来存储测量的数据和测量时间，USB接口8用来与客户端通信，LCD显示屏9用来实时显示信息，STM32芯片10用来做数据采集和运算；具体测量原理如图3所示，动栅游标尺2相对定栅主尺1发生相对移动后，二者之间的容栅传感模块将移动距离这一物理信号转化成数字信号后通过数据采集模块传递给STM32芯片10，STM32芯片10收到数据后通过运算将数字信号转化成模拟信号并在LCD显示屏9上实时显示，同时通过运算将长度信号转化成弧度值在LCD显示屏9上实时显示，并控制背光模块进行照明，控制语音模块进行语音提示，语音提示操作人员进行数据录入，语音提示需要通过控制面板6上的“语音”按键进行关闭，最后通过控制面板6上的“存储”按键将相关数据记录在存储器7上，存储的数据能够通过USB接口8对外输出。

通过该装置能够大大简化在土建、钻井、勘探等领域弧度测量的操作步骤，单人操作即可完成弧度测量、数据存储、数据录入的相关工作，测量过程全程电子化记录，同时该系统具有防呆设计，能够极大限度的减少因操作人员的失误造成弧度的测量误差。

使用实例1：

如图4所示，该图为一圆柱的横截面，测量横截面上A、B两点之间的劣弧弧度。测量AB弧度，即测量弧线AB所对应的圆心角1的大小。首先按下控制面板6上的“圆柱”按钮，表明将要测量圆柱上某一段圆弧的弧度，然后按下控制面板6上的“劣弧”按钮，表明将要测量劣弧弧度，将主尺伸缩引脚12和游标尺伸缩引脚11调整到相同刻度后，用直线电机5控制动栅游标尺2在定栅主尺1上移动打开，打开长度大于弧线AB所对应的弦长，调整数显弧度测量装置的水平位置，当数显弧度测量装置完全水平时，激光定位仪4接收到外界的激光信号，此时激光定位仪4传递信号给STM32芯片10，STM32芯片10一方面输出语音提示“装置已调至水平”，另一方面STM32芯片10向直线电机5发出移动指令，动栅游标尺2移动后主尺伸缩引脚12的尖端与A点接触，游标尺伸缩引脚11的尖端与B点接触，并通过膜片式压力传感器13检测加紧状态，完全加紧后膜片式压力传感器13向STM32芯片10发出信号，STM32芯片10控制直线电机5停止移动，然后按下“L”按钮，容栅传感模块将测量的A、B两点之间的弦长L通过数据采集系统传输到STM32芯片10后，通过LCD显示屏9进行实时显示，并通过控制面板6上的“存储”按键将弦长记录到存储器7，激光定位仪4用来保证测量全过程仪器水平放置；数据记录完成后，用直线电机5控制动栅游标尺2在定栅主尺1上移动打开，打开长度大于待测圆柱直径D，调整数显弧度测量装置的水平位置，当数显弧度测量装置完全水平时，激光定位仪4接收到外界的激光信号，此时激光定位仪4传递信号给STM32芯片10，STM32芯片10一方面输出语音提示“装置已调至水平”，另一方面STM32芯片10向直线电机5发出移动指令，动栅游标尺2移动后主尺伸缩引脚12的尖端与游标尺伸缩引脚11的尖端加紧圆柱直径，并通过膜片式压力传感器13检测加紧状态，完全加紧后膜片式压力传感器13向STM32芯片10发出信号，STM32芯片10控制直线电机5停止移动，然后按下“D/H”按钮，容栅传感模块将测量的直径D通过数据采集系统传输到STM32芯片10后，通过LCD显示屏9进行实时显示，并通过控制面板6上的“存储”按键将直径D记录到存储器7，激光定位仪4来保证测量全过程仪器水平放置，记录的同时通过STM32芯片10进行如下运算：在三角形AOB中，三条边长均为已知(AO、BO的长度均为D/2)，通过STM32芯片10求解三角形后即可得到∠AOB的大小，即求得了横截面上A、B两点之间的劣弧弧度，弧度同步显示在LCD显示屏9，至此LCD显示屏9上显示弦长、直径和劣弧弧度三条信息，并伴有重复语音提示“请录入弧度值”，此时按下“语音”按钮后可消除语音提示，再按下“录入”按钮使得所有测量日期以及测量时间完成系统录入，测量完毕，若测量A、B两点之间的优弧长度，则初始状态按下控制面板6上的“优弧”按钮(优弧弧度即2π减去劣弧弧度)，后续操作类似。

使用实例2：

如图5所示，该图AB为一平面上的一段圆弧，测量该圆弧的弧度。测量AB弧度，即测量弧线AB所对应的圆心角2的大小。用激光定位仪4来保证测量全过程圆弧和仪器水平放置，连接AB，过AB中点F做垂线，垂线与圆弧AB交于C点，则圆心在CF上的某一点O处，假定任意一点O为圆心，连接AO，BO，AC后进行测量，首先按下控制面板6上的“圆弧”按钮，表明将要测量平面上某一段圆弧的弧度，然后将主尺伸缩引脚12和游标尺伸缩引脚11调整到相同刻度后，通过直线电机移动动栅游标尺2，使得主尺伸缩引脚12的尖端与A点接触，游标尺伸缩引脚11的尖端与B点接触，然后按下“L”按钮，容栅传感模块将测量的A、B两点之间的弦长L通过数据采集系统传输到STM32芯片10后，通过LCD显示屏9进行实时显示，并通过控制面板6上的“存储”按键将弦长记录到存储器7；数据记录完成后，通过直线电机5控制动栅游标尺2移动，使得主尺伸缩引脚12的尖端与C点接触，游标尺伸缩引脚11的尖端与F点接触，然后按下“D/H”按钮，容栅传感模块将测量的AB圆弧的高度H(即CF长度)通过数据采集系统传输到STM32芯片10后，通过LCD显示屏9进行实时显示，并通过控制面板6上的“存储”按键将弦长记录到存储器7，此时设AB圆弧的曲率半径为R，则AO＝R，OF＝(R-CF)，AF＝1/2AB，在三角形AOF中通过STM32芯片10能够计算出AB圆弧的曲率半径R(即AO长度)，再通过求解三角形能够得到∠AOF的大小，扩大两倍后即为∠AOB，即圆弧AB的弧度，STM32芯片10将AB弦长L，AB圆弧的高度H和最终运算的弧度值同步显示在LCD显示屏9上，并伴有重复语音提示“请录入弧度值”，此时按下“语音”按钮后可消除语音提示，再按下“录入”按钮所有测量日期以及测量时间完成系统录入，测量完毕。

Claims (1)

1.一种数显弧度测量装置，其特征在于：

该装置包括：定栅主尺(1)，动栅游标尺(2)，封装壳体(3)，激光定位仪(4)，直线电机(5)，控制面板(6)，存储器(7)，USB接口(8)，LCD显示屏(9)，STM32芯片(10)，游标尺伸缩引脚(11)，主尺伸缩引脚(12)，膜片式压力传感器(13)；

主尺伸缩引脚(12)固定在定栅主尺(1)的端部，主尺伸缩引脚(12)能够伸缩且表面标有刻度，主尺伸缩引脚(12)端部固定有膜片式压力传感器(13)，游标尺伸缩引脚(11)固定在动栅游标尺(2)的端部，游标尺伸缩引脚(11)能够伸缩且表面标有与主尺伸缩引脚(12)相同的刻度，测量系统的封装壳体(3)与动栅游标尺(2)固定，激光定位仪(4)和直线电机(5)固定在封装壳体(3)顶部，封装壳体(3)的表面固定有控制面板(6)、存储器(7)、USB接口(8)、LCD显示屏(9)、STM32芯片(10)，其中控制面板(6)包含“圆柱、圆弧、劣弧、优弧、L、D/H、存储、背光、语音、录入”等多项功能按键。

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