[发明专利]一种全量程无线倾角测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及倾角测量技术领域，特别涉及一种全量程无线倾角测量系统及测量方法。

背景技术

目前，倾角测量系统广泛应用于建筑、机械、道路、桥梁和地质勘探等需要进行倾角测量的工程领域，随着这类倾角测量系统应用范围的不断扩展，对测量系统也提出了较高的要求,即希望测量的精度较高，又希望测量的范围较大。目前应用的倾角测量系统主要有以下测量方法：传统的倾角测量方法根据其工作原理主要可以分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”式三种。它们的测量精度、测量范围各不相同，但都存在着体积较大、操作繁琐、人为误差较大、智能化水平低、测量精度差等缺点。随着MEMS技术的不断发展，MEMS微传感器受到广泛的应用。目前常用的基于MEMS技术的倾角测量方法主要有基于单轴加速度计以及双轴正交的加速度计倾角测量方法。基于单轴加速度计的倾角测量方法，在大角度范围测量时，测量的精度和灵敏度都不高，只适合小角度范围内的倾角测量。基于双轴正交加速度计的倾角测量方法，测量过程中加速度计的两个敏感轴处在输出特性不同的区间(例如X敏感轴处在线性度和分辨力较高的区间，而Y敏感轴处在线性度和分辨力相对较差的区间)，利用两轴测量数据之比来确定倾角的方法增大了确定测量灵敏度的难度，会使测量的精度和稳定性不高。此外，不管是单轴的测量系统还是双轴的测量系统在使用过程中都无法消除或减少环境温度变化、场地基座振动、外界随机干扰等影响加速度计使用精度的因素。

发明内容

为了克服上述技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全量程无线倾角测量系统及测量方法，实现0°～360°范围内，精度和稳定性较高的倾角测量。

为了达到上述目的。本发明采取的而技术方案为：

一种全量程倾角无线测量系统，包括微处理器，微处理器的数据输入端与倾角传感器的数据输出端连接，微处理器的电源输入端与电源模块的电源输出端连接，微处理器的数据显示输出端与输出显示模块的数据显示输入端连接，微处理器的数据输出端与第一无线收发模块的数据输入端连接，第一无线收发模块的输出与第二无线收发模块的输入通过无线实现连接，第二无线收发模块的输出与上位机通过上位机的USB口连接。

所述的倾角传感器由三个单轴加速度计组成，第一单轴加速度计A、第二单轴加速度计B、第三单轴加速度计C按其敏感轴的方向在同一竖直平面内互成120°均匀布置。

所述的倾角传感器、微处理器、输出显示模块，第一无线收发模块安装在一个壳体中。

所述的全量程无线倾角测量系统的测量方法，包括以下步骤：

步骤1)、将倾角测量传感器固定于待测物体上；

步骤2)、倾角传感器的三个加速度计分别测量各自敏感轴上的加速度值，第一加速度计A敏感轴的加速度值为A_AOUT＝gsinθ,第二加速度计B敏感轴的加速度值为A_BOUT＝gsinθ，第三加速度计C敏感轴的加速度值为A_COUT＝gsinθ；

步骤3)、倾角传感器测量的加速度值通过I2C通信方式传输给微处理器，微处理器将接收到的数据进行判断，选择三个加速度计中灵敏度最高的作为计算倾角的依据，具体为：

设定第一加速度计A的敏感轴与水平面平行时为初始位置，倾斜角度为0°，按逆时针方向转动一周过程中，倾角由0°变化到360°，当倾角大小在0-30°范围变化时，第一加速度计A所测得的数据线性度最好，敏感轴的灵敏度大于第二加速度计B敏感轴和第三加速度计C敏感轴的灵敏度，采用第一加速度计A敏感轴的输出作为加速度传感器的输出信号，倾角θ＝arcsin(A_AOUT/g)×(180/π)；当倾角大小在30°-90°范围变化时，倾角θ＝-arcsin(A_BOUT/g)×(180/π)+60；当倾角大小在90°-150°范围变化时，倾角θ＝arcsin(A_COUT/g)×(180/π)+120；当倾角大小在150°-210°范围变化时，倾角θ＝-arcsin(A_AOUT/g)×(180/π)+180；当倾角大小在210°-270°范围变化时，倾角θ＝arcsin(A_BOUT/g)×(180/π)+240；当倾角大小在270°-330°范围变化时，倾角θ＝-arcsin(A_COUT/g)×(180/π)+300；当倾角大小在330°-360°范围变化时，倾角θ＝arcsin(A_AOUT/g)×(180/π)+360；