專利名稱：一種測斜儀的自動校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工控機(jī)測控領(lǐng)域，具體用于測斜儀校準(zhǔn)中角度的自動生成和數(shù)據(jù)的自 動分析處理。
背景技術(shù)：
測斜儀主要應(yīng)用于道路、橋梁、大壩及巖土工程安全檢測，它適用于煤礦工程、地 質(zhì)鉆孔、防滲灌漿孔、樁抽芯孔、巖土工程的測量鉆孔和非磁性礦地區(qū)以及無鐵套管的鉆孔 斜度測量，還可以測量深基坑、邊坡、地基、水平位移以及剖面沉降等。
該儀器采用傾角傳感器作為敏感元件，它是一個(gè)力平衡式伺服系統(tǒng)，當(dāng)傳感器探 頭相對于地球重心方向產(chǎn)生傾角時(shí)，由于重力作用，傳感器中敏感元件相對于鉛錘方向擺 動一個(gè)角度，通過高靈敏的微電子換能器將此角度轉(zhuǎn)換成信號，經(jīng)過分析處理顯示被測對 象的傾斜角度，其檢測精度對工程質(zhì)量及工程安全影響很大。
目前，國內(nèi)無該儀器的國家檢定規(guī)程及成熟的校準(zhǔn)設(shè)備。大多數(shù)廠家都采用游標(biāo) 角度尺進(jìn)行檢測，這種方法檢測精度低，定位困難，很難保證測量的準(zhǔn)確性和可靠性。市場 上急需對測斜儀進(jìn)行精確校準(zhǔn)和定量分析的儀器。
在國內(nèi)所查公開文獻(xiàn)范圍內(nèi)，國內(nèi)有將光柵原理、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動及工控機(jī)控制技 術(shù)在校準(zhǔn)、測量裝置中應(yīng)用的研究報(bào)道，同時(shí)已見測斜儀檢定裝置的產(chǎn)品信息，但未與本項(xiàng) 目研究內(nèi)容完全相同的，用圓光柵作為標(biāo)準(zhǔn)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、用工控機(jī)進(jìn)行控制、讀數(shù)及數(shù) 據(jù)處理，完全采用閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對測斜儀全自動、多角度的校準(zhǔn)和檢測裝置。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種傾斜儀自動校準(zhǔn)系統(tǒng)，提高傾斜儀的校準(zhǔn)精度，簡化校 準(zhǔn)過程。
本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟1)將工控機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡相連接，數(shù)據(jù)采集卡與用于測量轉(zhuǎn)動角度的圓光柵傳感器、 用于帶動機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的電機(jī)的控制器相連接，電機(jī)與機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)相連接，機(jī)械傳動機(jī) 構(gòu)與用于裝夾測斜儀的檢測平臺相連接，將圓光柵傳感器安裝于檢測平臺的軸上；2)通過 工控機(jī)內(nèi)的程序讀入用戶設(shè)定的一系列數(shù)值，并由此計(jì)算得到控制電機(jī)的脈沖數(shù)，所述用 戶設(shè)定的數(shù)值為根據(jù)測斜儀實(shí)測的角度數(shù)據(jù)而設(shè)定；幻工控機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡輸出控制 脈沖到電機(jī)控制器，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，并通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)帶動檢測平臺和 圓光柵傳感器轉(zhuǎn)動，圓光柵傳感器將檢測到的轉(zhuǎn)動角度以脈沖的形式通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送 到工控機(jī)保存，即實(shí)時(shí)保存檢測平臺的當(dāng)前位置，并與步驟2)中設(shè)定的角度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較， 達(dá)到設(shè)定值時(shí)，工控機(jī)發(fā)送停止命令，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，此時(shí)由用戶輸入測斜儀的讀數(shù)，然后 開始下一個(gè)點(diǎn)的測量；4)重復(fù)步驟幻，直到所有的點(diǎn)都檢測完畢，最后由程序分析得到標(biāo)定方程與誤差，將校準(zhǔn)結(jié)果相關(guān)信息輸出到Excel表格中。
前述的測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于所述校準(zhǔn)結(jié)果相關(guān)信息包括校準(zhǔn)點(diǎn) 角度、測斜儀讀數(shù)、實(shí)測角度、標(biāo)定方程和誤差信息。
前述的測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于在步驟1)之前包括調(diào)零的步驟，具 體方法為由工控機(jī)控制電機(jī)向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)，同時(shí)利用水平儀來檢測檢測平臺是否水平， 當(dāng)達(dá)到零位時(shí)，點(diǎn)擊確定保存該零位信息。
前述的測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于在步驟1)之前包括回零的步驟，具 體方法為工控機(jī)根據(jù)圓光柵傳感器零位光柵的位置和檢測平臺當(dāng)前位置決定回零方向， 然后先回到零位光柵處，再根據(jù)保存的零位信息回到真正的零位。用來消除長期工作的積累誤差。
前述的測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于在步驟3)中，所述實(shí)時(shí)保存檢測平 臺的當(dāng)前位置，是由工控機(jī)上的文本文件保存的，在測量過程中實(shí)時(shí)更新保存，系統(tǒng)上電啟 動時(shí)可以得知上次運(yùn)行后檢測平臺的位置。
前述的測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于在所述步驟3)中，所述標(biāo)定方程為 利用最小二乘法擬合所得到的一個(gè)一元三次方程
權(quán)利要求
1.一種測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟1)將工控機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡相連接，數(shù)據(jù)采集卡與用于測量轉(zhuǎn)動角度的圓光柵傳感器、 用于帶動機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制器相連接，電機(jī)與機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)相連接，機(jī)械傳動機(jī)構(gòu) 與用于裝夾測斜儀的檢測平臺相連接，將圓光柵傳感器安裝于檢測平臺的軸上；2)通過工控機(jī)內(nèi)的程序讀入用戶設(shè)定的一系列數(shù)值，并由此計(jì)算得到控制電機(jī)的脈沖 數(shù)，所述用戶設(shè)定的數(shù)值為根據(jù)測斜儀實(shí)測的角度數(shù)據(jù)而設(shè)定；3)工控機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡輸出控制脈沖到電機(jī)控制器，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角 度，并通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)帶動檢測平臺和圓光柵傳感器轉(zhuǎn)動，圓光柵傳感器將檢測到的轉(zhuǎn) 動角度以脈沖的形式通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送到工控機(jī)保存，即實(shí)時(shí)保存檢測平臺的當(dāng)前位 置，并與步驟2)中設(shè)定的角度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，達(dá)到設(shè)定值時(shí)，工控機(jī)發(fā)送停止命令，電機(jī)停 止轉(zhuǎn)動，此時(shí)由用戶輸入測斜儀的讀數(shù)，然后開始下一個(gè)點(diǎn)的測量；4)重復(fù)步驟幻，直到所有的點(diǎn)都檢測完畢，最后由程序分析得到標(biāo)定方程與誤差，將 校準(zhǔn)結(jié)果相關(guān)信息輸出到Excel表格中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于所述校準(zhǔn)結(jié)果相關(guān)信 息包括校準(zhǔn)點(diǎn)角度、測斜儀讀數(shù)、實(shí)測角度、標(biāo)定方程和誤差信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于在步驟1)之前包括調(diào) 零的步驟，具體方法為由工控機(jī)控制電機(jī)向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)，同時(shí)利用水平儀來檢測檢測平 臺是否水平，當(dāng)達(dá)到零位時(shí)，點(diǎn)擊確定保存該零位信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于在步驟1)之前包括回 零的步驟，具體方法為工控機(jī)根據(jù)圓光柵傳感器零位光柵的位置和檢測平臺當(dāng)前位置決 定回零方向，然后先回到零位光柵處，再根據(jù)保存的零位信息回到真正的零位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于在步驟 3)中，所述的實(shí)時(shí)保存檢測平臺的當(dāng)前位置是由工控機(jī)上的文本文件保存的，在測量過程 中實(shí)時(shí)更新保存，系統(tǒng)上電啟動時(shí)可以得知上次運(yùn)行后檢測平臺的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的測斜儀的自動校準(zhǔn)方法，其特征在于在所述 步驟3)中，所述標(biāo)定方程為利用最小二乘法擬合所得到的一個(gè)一元三次方程其中“力檢#聲合轉(zhuǎn)動角度，即測斜儀轉(zhuǎn)過的角度9為測斜儀讀數(shù)，a、b、c、d為擬 合系數(shù)；所述測斜儀的工作方程為= [ Sm(“+^ P+c F2 F3) 其中“力測斜儀的長度，S為測斜儀的垂直投影的長度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測斜儀自動校準(zhǔn)方法，其步驟為首先通過工控機(jī)軟件讀入設(shè)定的一系列數(shù)值，并計(jì)算得到控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù);其次,工控機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡輸出控制脈沖到步進(jìn)電機(jī)控制器，從而控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，并通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)帶動檢測平臺和圓光柵傳感器轉(zhuǎn)動；然后，圓光柵傳感器將檢測到的轉(zhuǎn)動角度以脈沖的形式通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送到工控機(jī)，并與設(shè)定的角度進(jìn)行比較，達(dá)到設(shè)定值時(shí)，工控機(jī)發(fā)送停止命令，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，此時(shí)由用戶輸入測斜儀的讀數(shù);最后,由軟件分析得到標(biāo)定方程與誤差。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了測程范圍無限制、多角度連續(xù)的高精度校準(zhǔn)，其中校準(zhǔn)精度可達(dá)到3″，特別適用于測斜儀生產(chǎn)企業(yè)、使用單位及計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)等單位中測斜儀的校準(zhǔn)。
文檔編號G01B11/26GK102032921SQ20101054070
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者徐貴力, 朱岳輝, 楊小偉, 毛志萍, 蔣琦, 談冬興 申請人:南京航空航天大學(xué)