[发明专利]一种优化温度补偿时间的测斜仪及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种优化温度补偿时间的测斜仪，还涉及一种优化测斜仪温度补偿时间的方法，属于土木工程领域，应用于结构安全健康监测行业。

背景技术

测斜仪是一种能有效且精确地测量深层水平位移的工程监测仪器。应用其工作原理可以监测土体、临时或永久性地下结构(如桩、连续墙、沉井等)的深层水平位移。目前测斜仪以大量应用于工程项目中。测斜仪传感器部分采用的是MEMS传感器作为倾角测量器件，而MEMS传感器受温度影响较大，测斜仪为高精度采集设备，需要对温度引起的测量误差进行修正，才能满足项目现场的使用。在测斜仪内部，安装有DS18B20作为温度传感器。数字温度传感器DS18B20为高精度数字传感器，直接输出温度值。但是DS18B20采集需要1秒的转换时间，每次采集都会消耗大量的时间在温度采集上面，影响测斜仪数据输出速率，在某些需要高速测量的领域，目前的测斜仪无法满足要求。

发明内容

针对上述的问题，本发明提供了一种优化温度补偿时间的测斜仪和一种优化测斜仪温度补偿时间的方法，使温度采集与角度测量同步进行，减少了测斜仪采集时间，同时温度与角度采集同步，提高了温度补偿的精度，使得测斜仪可以快速输出测量结果，提高了测斜仪的应用范围。

本发明实现原理：一种优化温度补偿时间的测斜仪，主要由MEMS传感器，ADC采集电路，温度传感器，存储单元，STM32单片机和通信电路组成。MEMS传感器为测斜仪的倾角测量器件，是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、可实现智能化等特点。MEMS传感器输出模拟信号，连接到ADC采集电路，ADC采集电路将MEMS传感器输出的模拟信号转换为数字信号，然后ADC采集电路与STM32单片机连接，将数字信号输入STM32单片机。温度传感器采用数字温度传感器DS18B20，采用单总线直接与STM32单片机连接，通信电路采用485总线传输，通过STM32单片机的串口连接，所述STM32单片机内设定时器模块。MEMS传感器对温度特别敏感，当温度变化1℃时，MEMS传感器输出的角度变化0.008°/℃，在测斜仪的工作温度范围内(0℃～30℃)，角度变化最大可以达到0.24°，MEMS传感器随温度的变化远远超出了测斜仪传感器的角度要求，采用DS18B20温度传感器对MEMS传感器进行温度补偿修正。数字温度传感器DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，采用单总线与STM32单片机连接，数字温度传感器DS18B20输出数字信号。STM32单片机采集数字温度传感器DS18B20时，首先发送采集指令到数字温度传感器DS18B20，数字温度传感器DS18B20接收后开始采集转换，转换温度完成后，STM32单片机可以将数字温度传感器DS18B20的转换结果读出，完成一次温度数据采集。而DS18B20转换时间为800ms，此转换过程无需外部干涉，STM32单片机在此期间可以读取MEMS传感器角度数据。读取MEMS传感器角度数据完成后，再读取数字温度传感器DS18B20转换后的温度数据，可以实现MEMS传感器数据与D数字温度传感器DS18B20数据同步读取，可以提高温度补偿的精度，同时提高了单片机的使用效率，节约了采集时间。

所述STM32单片机包括总线控制器、Corex-M3 CPU、时针控制模块、定时器、电源管理模块、RTC/AWU、IO口、USART控制器、外部中断开关；Corex-M3 CPU集成系统时基定时器和嵌套矢量中断控制器，并由总线控制器控制，Corex-M3 CPU连接闪存存储器；总线控制器连接时针控制模块、定时器、电源管理模块、RTC/AWU、IO口、USART控制器和外部中断开关。