本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于旋轉(zhuǎn)軸平行于水平面的物體旋轉(zhuǎn)角度測量方法，在不要求角度傳感器軸線平行于旋轉(zhuǎn)軸的情況下可以迅速測得物體真實旋轉(zhuǎn)角度，在測量中免去找旋轉(zhuǎn)軸的步驟，提高角度測量工作的效率及測量時的精度。

背景技術(shù)：

目前，很多應(yīng)用場合都需要使用角度傳感器進(jìn)行較高精度的旋轉(zhuǎn)角度測量，但角度傳感器在安裝時必須要平行于物體旋轉(zhuǎn)軸線，而很多由人工安裝的測量系統(tǒng)不能使得角度傳感器軸線與物體旋轉(zhuǎn)軸線絕對平行，帶來很大誤差。本發(fā)明的這種設(shè)計，在物體旋轉(zhuǎn)軸線與水平面平行的情況下不要求傳感器軸線與物體旋轉(zhuǎn)軸線平行，減小了測量時由于傳感器位置放置不當(dāng)產(chǎn)生的誤差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種角度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)軸平行于水平面時角度傳感器軸線可以不平行于轉(zhuǎn)軸，簡化了傳感器的安裝過程，能夠?qū)崿F(xiàn)對角度的實時高精度的監(jiān)測。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種適用于旋轉(zhuǎn)軸平行于水平面的物體旋轉(zhuǎn)角度測量方法，該方法步驟如下：

步驟一：兩個雙軸角度傳感器安裝在被測物體上，雙軸角度傳感器1的X軸與雙軸角度傳感器2的X₁軸平行，然后對兩個雙軸角度傳感器進(jìn)行校正，觀察顯示箱體上數(shù)碼管顯示的兩個雙軸角度傳感器輸出值，當(dāng)兩個雙軸角度傳感器對應(yīng)方向輸出的測量值相等時，開始正式測量；

步驟二：開始進(jìn)行角度測量，平面ABC為被測物體旋轉(zhuǎn)前所在平面，平面ABC過A點、B點和C點，過B點和C點的直線BC為旋轉(zhuǎn)軸線，A點為被測物體旋轉(zhuǎn)前所在平面的一點，D點為被測物體旋轉(zhuǎn)結(jié)束所在平面的一點，平面BDC為被測物體旋轉(zhuǎn)后所在平面，平面BDC過D點、B點和C點，過A點和D點的直線AD為從D點垂直于平面ABC的垂線，DH為三角形DBC的高，可知雙軸角度傳感器所測得的兩個垂直方向上的夾角為α₁角和α₂角，角度DHA即為被測物體真實旋轉(zhuǎn)角α，可由角度傳感器測出角度α₁角和α₂角計算出真實旋轉(zhuǎn)角α；其中A點是物體測量點，BC為平行于水平面的轉(zhuǎn)軸，平面ABC是物體所在原平面，DBC面為物體旋轉(zhuǎn)一定角度之后的平面，α₁角和α₂角分別為傳感器測出的兩個任意垂直方向的傾斜角，三角形DBC為直角三角形，DA垂直于平面ABC，DH垂直于轉(zhuǎn)軸，即DH為三角形DBC的高，根據(jù)三角形相似原理和勾股定理可以由α₁角和α₂角計算出角度DHA，即為物體的真實旋轉(zhuǎn)角α；

步驟三：兩個雙軸角度傳感器將4組模擬量測量值傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后再傳送給DSP進(jìn)行處理。DSP將雙軸角度傳感器1在X方向的測量值同雙軸角度傳感器2在X₁方向的測量值做平均，同時將雙軸角度傳感器2在Y方向的測量值同雙軸角度傳感器2在Y₂方向的測量值做平均，可以得到兩組兩個相互垂直方向的測量值，再在DSP中進(jìn)行計算得到一組被測物體的真實旋轉(zhuǎn)角度值，對這組角度值進(jìn)行分組，去掉每一組的最大值和最小值進(jìn)行平滑濾波得到最終角度值，將這組值傳給上位機；

步驟四：上位機接收到下位機傳送的角度值進(jìn)行實時波形顯示，并存儲，再根據(jù)角度值的反饋對整個系統(tǒng)做進(jìn)一步的調(diào)整。

更進(jìn)一步的，在測量中放置兩個雙軸角度傳感器時，雙軸角度傳感器的軸線不用平行于物體旋轉(zhuǎn)軸，直接通過兩個垂直放置的雙軸角度傳感器所測出的任意兩個相互垂直方向的旋轉(zhuǎn)角度推算出真實的旋轉(zhuǎn)角度，傳感器輸出為模擬信號，將該模擬信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化后傳送給DSP，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理恢復(fù)為物體真正旋轉(zhuǎn)角度，最后通過RS232串口通信將角度值傳送給PC端進(jìn)行下一步實時顯示存儲等處理。

更進(jìn)一步的，在測量中將雙軸角度傳感器1的X方向垂直放置于雙軸角度傳感器2的Y方向，這樣可以在測量開始的時候校正傳感器，后期數(shù)據(jù)處理時取平均值，提高數(shù)據(jù)精度，由于兩個雙軸角度傳感器垂直放置，且每個傳感測出的兩個方向相互垂直，雙軸角度傳感器1在X方向測出的值和雙軸角度傳感器2在X₁方向測出的值相同，雙軸角度傳感器2在Y方向測出的值和雙軸角度傳感器1在Y₁方向測出的值相同。

更進(jìn)一步的，雙軸角度傳感器輸出使用電流輸出，對其使用高精度電阻轉(zhuǎn)化為電壓再進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化，雙軸角度傳感器直接使用數(shù)字輸出會使頻率固定，但使用模擬輸出數(shù)模轉(zhuǎn)化時的采樣頻率可以自定義，所以可以取較高的采樣頻率便于后期處理。

更進(jìn)一步的，在DSP下位機端直接完成對數(shù)據(jù)的基本處理，將采樣之后的數(shù)據(jù)傳送給DSP，DSP先將得到的四組采樣值兩兩取平均，即雙軸角度傳感器1在X方向測量得到的值和雙軸角度傳感器2在X₁方向的值進(jìn)行平均，雙軸角度傳感器1在Y方向測量得到的值和雙軸角度傳感器2在Y₁方向的值進(jìn)行平均，得到兩組值；之后，在DSP中計算出物體真實旋轉(zhuǎn)角度值，再對其取n個為一組進(jìn)行平滑濾波，即去掉每一組傾斜角度值中的最大值和最小值然后求平均，得到最終輸出值，把該值通過RS232串口通信傳入上位機。

更進(jìn)一步的，所述的DSP模塊由TI公司出產(chǎn)，擁有150MHz的時鐘、串口通信和中斷處理模塊，利用DSP的高速運算能力及靈活的可編程能力，可以快速處理高頻率采樣帶來的很多數(shù)據(jù)。

更進(jìn)一步的，上位機在接收到旋轉(zhuǎn)角度數(shù)值后會在程序上實時顯示角度-時間的二維坐標(biāo)圖像，上位機程序使用C#語言編寫，調(diào)用excel可直接對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)、本發(fā)明在旋轉(zhuǎn)軸平行于水平面的情況下可以不用找物體的旋轉(zhuǎn)軸直接對旋轉(zhuǎn)物體進(jìn)行測量，很大程度上降低了由人工找旋轉(zhuǎn)軸找的不夠準(zhǔn)確帶來的誤差。

(2)、本發(fā)明采用兩個垂直放置的雙軸角度傳感器，在開始測量時先對傳感器進(jìn)行校正，在數(shù)據(jù)處理時對兩個雙軸角度傳感器的測量值進(jìn)行平均處理，提高了測量精度。

(3)、本發(fā)明充分利用DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力，將數(shù)據(jù)處理任務(wù)都交給下位機DSP做，減輕了上位機工作負(fù)擔(dān)，有效提高了工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種適用于轉(zhuǎn)軸平行于水平面的角度測量系統(tǒng)測量原理圖；

圖2為本發(fā)明數(shù)據(jù)處理流程圖；

圖3為本發(fā)明角度測量系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

一種適用于旋轉(zhuǎn)軸平行于水平面的物體傾斜角度測量方法，具體步驟如下：

步驟一：將兩個雙軸角度傳感器按照圖1所示安裝在被測物體上，保證雙軸角度傳感器1的X軸與雙軸角度傳感器2的X₁軸平行，通過外置架子來保證垂直，然后觀察顯示箱體上數(shù)碼管顯示的兩個雙軸角度傳感器的輸出讀數(shù)，當(dāng)兩個雙軸角度傳感器的對應(yīng)方向讀數(shù)相等時兩個雙軸角度傳感器初始對準(zhǔn)成功；

步驟二：將兩個雙軸角度傳感器輸出的4路模擬信號接收至ADC進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時的采樣頻率設(shè)置較高，將轉(zhuǎn)化結(jié)果的四組值傳入DSP進(jìn)行處理，兩個角度傳感器對應(yīng)測量方向的值進(jìn)行平均得到兩組兩個方向的角度值。再根據(jù)原理圖2的原理將物體最終繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度計算出，得出一組角度值，最后將這組角度值分組，去掉每組中的最大值和最小值進(jìn)行平均，進(jìn)行均值濾波，得到最終要傳給上位機的這組角度值；

步驟三：上位機接收到角度值后，再用C#語言編寫的上位機程序上以角度—時間的二位坐標(biāo)圖實時顯示，并將數(shù)據(jù)以excel格式保存在上位機硬盤中，方便后續(xù)處理。

圖1是關(guān)于適用于轉(zhuǎn)軸平行于水平面的角度測量系統(tǒng)測量原理圖，其中ABC為物體未旋轉(zhuǎn)之前的原始平面，BC為平行于水平面的轉(zhuǎn)軸，BDC平面為物體旋轉(zhuǎn)之后的平面，角度傳感器組件將會被安裝在A的位置，旋轉(zhuǎn)之后為D位置。雙軸角度傳感器可以測量出物體繞兩個相互垂直方向的轉(zhuǎn)軸的夾角，α₁角即角DBA為測量出的一個方向的夾角，α₂角即角DCA為測量出的第二個方向的夾角，三角形DBC為直角三角形。直線AD是從D點出發(fā)垂直于平面ABC的垂線，DH時三角形BC的高。角度α即角DHA為該物體真實旋轉(zhuǎn)角度，現(xiàn)在已知雙軸角度傳感器測出的兩個垂直方向的角，α₁和α₂，求物體旋轉(zhuǎn)的真實角度α：

由DA垂直于ABC平面，所以三角形DAB和三角形DAC都為直角三角形，有：

且三角形DBC為直角三角形，DH為直角三角形的高，根據(jù)三角形相似原理有：

由勾股定理有：

則，

有，

由以上推理可知，在被測物體旋轉(zhuǎn)軸平行于水平面的情況下，不要求雙軸角度傳感器軸線平行于物體旋轉(zhuǎn)軸，可以從雙軸角度傳感器測量出的兩個垂直方向的角度恢復(fù)出物體旋轉(zhuǎn)的真實角度。

總體上，本發(fā)明所述的適用于旋轉(zhuǎn)軸平行于水平面的物體旋轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)能夠達(dá)到較高測量精度，且實施方便，能夠有效的減小旋轉(zhuǎn)軸平行于水平面的角度測量系統(tǒng)由于傳感器放置位置產(chǎn)生的誤差。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述的內(nèi)容屬于本發(fā)明領(lǐng)域人員所公知的技術(shù)。