CN209326629U - 竖杆倾角仪 - Google Patents

Abstract

竖杆倾角仪，包括测量系统和测量角铁；所述测量角铁的一侧设有松紧带，另一侧设有钩环；所述松紧带上设有一组间隔分布的用于与钩环配合的勾爪，所述测量角铁上沿其棱线设有连接片，所述连接片与测量系统为可拆连接；所述测量系统包括倒L型机架和设于倒L型机架顶部的显示屏，所述倒L型机架内部设有倾斜传感器和处理器，处理器分别与显示屏和倾斜传感器电性连接；所述倒L型机架上设有把手。本实用新型的竖杆倾斜度测量仪器体积小、便携性强、成本低，可以适用各种场所；并且本实用新型的竖杆倾斜度测量仪器使用方便，仪器稳定性强，测量速度快，精确度高。

Description

竖杆倾角仪

技术领域

本实用新型涉及竖杆倾斜度测量领域，具体涉及一种竖杆倾角仪。

背景技术

倾斜度的测量属于三维测量。在杆的竖立和后期的检查中，杆细微的倾斜，肉眼往往很难发现，然而细微的倾斜往往会造成较大的误差。目前通常采用两种仪器去测量倾斜度，三坐标测量机和经纬仪。

如果用经纬仪去测量，过程复杂，需多位专业人员进行测量，并且结果不精准。三坐标测量机是测量倾斜度最常用的工具之一，三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟，这是其它仪器而达不到的效果。上述两种装置往往都是只能在实验室中进行测量不易携带，而三坐标测量机更是无法在户外使用；并且对测量人员具有较高要求。其中三坐标测量机虽然测量精准快速，用途广泛，但是其价格非常昂贵，体积也比经纬仪更大，使用时注意事项繁多，维护复杂且成本较高。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种圆杆倾角仪。本实用新型的竖杆倾斜度测量仪器体积小、便携性强、成本低，可以适用各种场所；并且本实用新型的竖杆倾斜度测量仪器使用方便，仪器稳定性强，测量精度高。

本实用新型的技术方案是：竖杆倾角仪，包括测量系统和测量角铁；所述测量角铁的一侧设有松紧带，另一侧设有钩环；所述松紧带上设有一组间隔分布的用于与钩环配合的勾爪，所述测量角铁上沿其棱线设有连接片，所述连接片与测量系统为可拆连接；所述测量系统包括倒L型机架和设于倒L型机架顶部的显示屏，所述倒L型机架内部设有倾斜传感器和处理器，处理器分别与显示屏和倾斜传感器电性连接；所述倒L型机架上设有把手。

与现有技术相比，本实用新型的竖杆倾角仪取得了以下有益的技术效果：

(1)本实用新型的竖杆倾斜度测量仪器相较于经纬仪和三坐标测量机，体积更小、便携性强、可以适用各种场所，并且大幅降低了测量竖杆倾斜度的仪器成本；

(2)本实用新型的竖杆倾斜度测量仪器测量操作简单，只需使测量角铁与待测竖杆紧贴，并通过勾爪和钩环配合使松紧带绕过待测竖杆，以达到紧固测量角铁的作用，大幅降低测量数据的采集难度，同即使是普通人员都能完成竖杆倾斜度测量的工作，且测量快速直观；同时测量角铁特有的结构，使得测量时倾角仪具有极强的稳定性，从而进一步提高测量精确度，另一方面，利用测量角铁稳定性强的特性，倾角仪也可以用于竖杆的精确安装；

(3)本实用新型的竖杆倾斜度测量仪器通过传感器采集测量数据，避免了人工读数存在的不可控误差，使读数结果更加精确；并通过预设好计算公式的处理器分析结果，省去人工计算的过程，也避免了人工计算出现错误的风险，测量的结果精度高。

作为优化，所述测量角铁的夹角为90°-150°。测量角铁的夹角较小时，测量角铁与待测竖杆贴合的更稳更紧，但缺点是当被测量竖杆的体积(直径)较大时，测量角铁的内壁不能与待测竖杆表面相切，从而影响测量结果；如果测量角铁的夹角较大时，它的适用性更好，相应的，它的稳定性要差一些，经过实用新型人大量计算后发现，测量角铁的角度在90°-150°时，既可以保证测量角铁的适用范围，也可以保证倾角仪的测量精确度。

作为优化，所述测量角铁的一侧设有三组松紧带，对应的，另一侧设有三组钩环。通过三组松紧带可以有效的将测量角铁紧固在待测竖杆上，保证连接片与待测竖杆的轴线对齐，从而保证测量结果的精确性。

作为优化，所述松紧带为防滑松紧带。防滑松紧带拥有强度高，不易断裂，耐热性好，耐磨性好等特点；测量角铁在测量时，当测量角铁与待测竖杆之间摩擦力较小时，测量角铁易沿着待测竖杆表面下滑，从而影响仪器对测量结果的正确读数；防滑松紧带可以增加与待测竖杆之间摩擦力，防止测量角铁下滑，保证仪器测量结果的快速和准确。

作为优化，所述显示屏的显示平面呈向下倾斜10°～15°状。从人体工程学上讲，人在不累的情况下，视角的角度是45°左右，而10°～45°的区间属于较为舒服的视角；在仪器测量竖杆位置较高时，通过该结构的显示屏，人们依然可以较为省力地看到显示屏12上的读数。

附图说明

图1是本实用新型的竖杆倾角仪的结构示意图；

图2是图1的背面视图；

图3是图2中A圆内部分的放大示意图；

图4是本实用新型的电路结构示意图；

图5是空间直角坐标系的示意图。

附图中的标记为：1-测量系统；11-倒L型机架；12-显示屏；13-L型把手；14-倾斜传感器；15-处理器；2-测量角铁；21-松紧带；211-勾爪；22-连接片；23-钩环；24-棱线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式(实施例)对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

如图1-4所示，竖杆倾角仪，包括测量系统1和测量角铁2；所述测量角铁2的一侧设有松紧带21，另一侧设有钩环23；所述松紧带21上设有一组间隔分布的用于与钩环23配合的勾爪211，所述测量角铁2上沿其棱线24设有连接片22，所述连接片22与测量系统1为可拆连接；所述测量系统1包括倒L型机架11和设于倒L型机架11顶部的显示屏12，所述倒L型机架11内部设有倾斜传感器14和处理器15，处理器15分别与显示屏12和倾斜传感器14电性连接；所述倒L型机架11上设有把手13。

所述测量角铁2的夹角为90°-150°。测量角铁2的夹角较小时，测量角铁2与待测竖杆3贴合的更稳更紧，但缺点是当被测量竖杆3的体积(直径)较大时，测量角铁2的内壁不能与待测竖杆3表面相切，从而影响测量结果；如果测量角铁2的夹角较大时，它的适用性更好，相应的，它的稳定性要差一些，经过实用新型人大量计算后发现，测量角铁2的角度在90°-150°时，既可以保证测量角铁2的适用范围，也可以保证倾角仪的测量精确度。

所述测量角铁2的一侧设有三组松紧带21，对应的，另一侧设有三组钩环23。通过三组松紧带21可以有效的将测量角铁2紧固在待测竖杆3上，保证连接片22与待测竖杆3的轴线对齐，从而保证测量结果的精确性。

所述松紧带21为防滑松紧带21。防滑松紧带21拥有强度高，不易断裂，耐热性好，耐磨性好等特点；测量角铁2在测量时，当测量角铁2与待测竖杆3之间摩擦力较小时，测量角铁2易沿着待测竖杆3表面下滑，从而影响仪器对测量结果的正确读数；防滑松紧带21可以增加与待测竖杆3之间摩擦力，防止测量角铁2下滑，保证仪器测量结果的快速和准确。

所述显示屏12的显示平面呈向下倾斜10°～15°状。从人体工程学上讲，人在不累的情况下，视角的角度是45°左右，而10°～45°的区间属于较为舒服的视角；在仪器测量竖杆位置较高时，通过该结构的显示屏12，人们依然可以较为省力地看到显示屏12上的读数。

使用具有上述特定结构的竖杆倾角仪对竖杆进行倾斜度测量的方法，测量时，事先输入待测竖杆3的锥角角度，然后将测量角铁2紧贴待测竖杆3的表面，通过松紧带21绕过待测竖杆3，并保持测量角铁2紧靠待测竖杆3，而测量角铁2的棱线24与待测竖杆3中心线存在一个夹角，结合已知测量角铁2的开口角度和待测竖杆3的锥度，可以计算出夹角的角度，此时处理器计算时，只需将倾斜传感器14自身的倾斜角度减去此夹角然后再减去事先输入的待测竖杆3的锥角角度，就可以得出待测竖杆3的倾斜角度。

以下将结合具体使用步骤来说明竖杆倾角仪的工作原理和测量机制：

具体使用步骤：

使用本测量仪器需提前得知待测竖杆的锥度，一般的，对于圆锥来说锥度等于底面直径比上高度，对于圆台来说就是底面圆直径减去顶面圆直径再比上高度。锥度是圆锥的一个重要参数，一般的，电力杆的各种大小尺寸符合国家标准，因此可以轻易得知电力杆的锥度。此仪器缺点是不能测量未知锥度的电力杆。

首先，通过三角函数将待测竖杆3的锥度换算成待测竖杆3的锥角角度，在测量时提前输入待测竖杆的锥度。

其次，将测量角铁2紧贴待测竖杆的表面，通过松紧带21绕过待测杆，以达到紧固的作用，保持测量角铁2紧靠竖杆。仪器中的倾斜传感器14可以测量出自身的倾斜角度(以地面为参考系)。

在这一步骤中，我们需要得知，倾斜传感器14和测量角铁2是一个刚性连接结构，倾斜传感器14是以地面为绝对坐标的测量传感器，因此倾斜传感器14可以直接反映出测量角铁2的当前状态(棱线24的状态)。当把测量角铁2紧靠竖杆时，可以认为测量角铁2与竖杆也是刚性连接，此时倾斜传感器14可以直接反映出竖杆的倾斜状态。竖杆的倾斜状态指的是该杆中心线的倾斜状态，如果要通过测量角铁2得出中心线的倾斜状态，需要减去测量角铁2的棱线24与中心线的夹角，这个夹角是一个不固定的角，它与测量角铁2的开口角度和竖杆的锥度有关系，当这两者均确定时，此夹角也被确定出来。在处理器处理时，只需将倾斜传感器14自身的倾斜角度减去此夹角即可，就可以得出竖杆的倾斜角度，即竖杆的倾斜角度＝倾斜传感器14倾斜角度-夹角角度-待测竖杆锥角角度；

倾斜传感器14可以实时监测自身的状态，倾斜传感器14的安装是固定的(比如测量角铁2的棱线24完全垂直于倾斜传感器14)，得出此时测量角铁2棱线24的实际倾斜角度，此处应分水平的xy轴，以测量角铁2棱线24与中心线的连线为x轴，垂直它的为y轴，x轴上待测竖杆与测量角铁2棱线24存在固定夹角，因此，待测竖杆的x轴倾斜度＝棱线24x轴倾斜角度-固定夹角-待测竖杆3锥角角度；待测竖杆的y轴倾斜度＝棱线24y轴倾斜角度。

固定夹角的计算及证明公式如下：

猜想：

圆锥的中心线与角铁的棱线所成的夹角为一个固定的夹角，且只随圆锥的锥度和角铁的开口角度的变化而变化。

证明：

设圆锥底面半径为R，高为L，

以圆锥底面为X轴，Y轴，高为Z轴建立空间直角坐标系，如图5所示，取一个平面A，该平面与圆锥表面相切，该平面经过底面圆上点A(X1，Y1，Z1)，顶点C(0，0，L)；其表达式如下：

再取一个与圆锥表面相切的平面B，该平面经过底面圆上点B(X2，Y2，Z2)，顶点C(0，0，L)；其表达式如下：

假设角铁的开口角度为90°，那么平面A垂直于平面B，因此其法线向量垂直；X1Y1是在底面圆上任取的一个坐标，为方便计算，设X1＝0，Y1＝R；

可得到两平面的交线方程为：

由此方程可得其方向向量为：

而圆锥的中心线方向向量为：

(0，0，1)

由此即可计算两者之间的夹角方程：

令锥度B＝2R/L，得：

证毕

经SW2016软件建模验证，计算结果准确。

此仪器中的测量部分与测量角铁2为可拆卸组件，可以根据实际情况选用不同开口角度的测量角铁2进行测量，棱柱与圆柱测量方法是一样的，选用不同角度的测量角铁2的目的在于保证仪器安装的稳定性和大小适用性。

上述对本申请中涉及的实用新型的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该实用新型技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的实用新型构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。

Claims (5)

1.竖杆倾角仪，其特征在于：包括测量系统(1)和测量角铁(2)；所述测量角铁(2)的一侧设有松紧带(21)，另一侧设有钩环(23)；所述松紧带(21)上设有一组间隔分布的用于与钩环(23)配合的勾爪(211)，所述测量角铁(2)上沿其棱线(24)设有连接片(22)，所述连接片(22)与测量系统(1)为可拆连接；

所述测量系统(1)包括倒L型机架(11)和设于倒L型机架(11)顶部的显示屏(12)，所述倒L型机架(11)内部设有倾斜传感器(14)和处理器(15)，处理器(15)分别与显示屏(12)和倾斜传感器(14)电性连接；所述倒L型机架(11)上设有把手(13)。

2.据权利要求1所述的竖杆倾角仪，其特征在于：所述测量角铁(2)的夹角为90°-150°。

3.根据权利要求1所述的竖杆倾角仪，其特征在于：所述测量角铁(2)的一侧设有三组松紧带(21)，对应的，另一侧设有三组钩环(23)。

4.根据权利要求3所述的竖杆倾角仪，其特征在于：所述松紧带(21)为防滑松紧带。

5.根据权利要求1所述的竖杆倾角仪，其特征在于：所述显示屏(12)的显示平面呈向下倾斜10°～15°状。