電子水平儀及其校準和使用方法

2023-05-28 00:16:21

專利名稱：電子水平儀及其校準和使用方法
電子水平儀及其校準和使用方法技術領域本實發明屬於測量類，尤其涉及水平儀、傾角儀及其校準和使用方法。
技術背景水平儀是一種測量水平的測量儀器，廣泛應用於建築、橋梁等大型工程或精密工程 中。目前水平儀常用的是水泡式傳感器，通過測定水泡位置確定傾斜度，其精度較低； 有的電子水平儀採用擺體垂線是否與水平儀相接觸，來測量水平或垂直的方法，只能測量某一些角度。總之，在上述的現有電子水平儀中，存在水平儀結構複雜，精度較低，不能用於精 密測量，更無法對-5 95度內的角度進行測量等問題。 發明內容本發明的目的是提供一種電子水平儀及其校準和使用方法，解決上面難題，以滿足 結構簡單、提高精度和擴大測量範圍等多方面需要。為達到上述目的，本發明的構思是一種電子水平儀包括一個長方體盒體，其特徵在於所述的盒體腔內安置加速度傳感 器、主電路板和LCD顯示驅動器，盒體上表面上設置LCD顯示器和按鍵；電路結構是主電路板上有微處理器和穩壓電路，加速度傳感器連接微處理器，微處理器連接LCD顯 示驅動器和按鍵，LCD顯示驅動器連接LCD顯示器，穩壓電路為加速度傳感器、微處理 器和LCD顯示驅動器提供工作電源。上述的盒體兩端分別為高端和低端，傳感器斜置於盒體的低端內腔與盒體水平測試 面呈45度傾斜。一種上述電子水平儀的校準方法，其特徵在於採用水平和垂直校準來保證測量的精 度。水平校準為將水平儀在同一水平面原地水平旋轉180°前後兩次加速度傳感器的值 求和；垂直校準為將水平儀分別在同一垂直面兩側的兩次加速度傳感器的值平均。用水 平校準值和垂直校準值對每次加速度傳感器測量值進行校準可保證測量的精度。一種上述的電子水平儀的使用方法，其特徵在於當被測面傾角大於5度時，高端必 須放置於被測面高處，低端必須放置於被測面低處，加速度傳感器測量軸方向指向電子 水平儀的高端。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點1，採用集成加速度傳感器，體積小、精度高、耐衝擊。2，採用微處理器、LCD顯示驅動器和LCD顯示器組成測量電路，電路結構簡單、器 件低廉。3，採用校準技術，可以達到較大的測量範圍和較高的精度。4，整體結構簡單、產品易制，能滿足大型或精密工程中檢測水平及傾角的多種需 要，具有廣泛的應用前景。


圖1表示本發明一個實施例的電路原理框圖。圖2是圖1示例的機械結構的示意圖。圖3表示本發明水平儀的校準操作流程圖。
具體實施方式
本發明的一個優選實施例結合附圖詳述如下圖l表示本電子水平儀實施例的方框圖。本電子水平儀由加速度傳感器1、微處理器2、 LCD顯示驅動器3、 LCD顯示器4、穩壓電路5、和按鍵6組成。加速度傳感器l，用於採集加速度信號，並以模擬電壓信號的形式輸送到微處理器2進行數據解碼和處理，加速度傳感器可選用SCA60C或其它。微處理器2，用於將加速度傳感器l的模擬信號進行AD轉換、對數據進行校正、解碼，將信號變為與水平面的夾角值，送至LCD顯示驅動器3，將數值顯示出來，可選用HT46R52或其它。穩壓電路5，用於為各器件提供穩定電壓，尤其為加速度傳感器和AD轉換提供穩定、 精確的電壓，可選用HT7750或其它。按鍵6，用於為電子水平儀提供多種功能，以及0度和90度基準電壓校準中校準步 驟的選擇。LCD顯示驅動器3和LCD顯示器4，用於將微處理器2輸入的測量數據值，以數字 形式顯示其精確的角度測量數據，可選用HT1621或其它。圖2表示本電子水平儀機械結構的示意圖。加速度傳感器1與長方體盒體7的水平 測試面呈斜45度放置，且使加速度傳感器1測量軸方向指向水平儀高端，採取這種方 法使原來只能精確測量-50 50度範圍的加速度傳感器能精確測量-5 95度的範圍，但必 須使高端置於被測面高處。按鍵6有"開/關"、"校準/保持"、"角度/百分比切換"、"清 零/校準確定"和"背光"5個功能鍵，按鍵電路、微處理器2和穩壓電路5在主電路板8上，LCD顯示驅動3在LCD顯示器下方的電路板上，各電路板之間以導線相連。圖3表示本電子水平儀校準動作操作流程圖，表示對由於溫度等原因導致的加速度傳感器輸出信號漂移的問題進行校準的步驟。使用者打開本電子水平儀的電源，使其開始動作，水平儀首先開始步驟1的處理。在步驟2中，使用者把水平儀放在一個相對平整且角度不大於5。的平面上，按按鍵6中開始校準按鈕，然後按按鍵6中確定按鈕，將水平校準l的結果保存，並進入步驟3。在步驟3中，使用者把水平儀在原地水平旋轉180° ，按按鍵6中確定按鈕，便將 水平校準2的結果保存，並進入步驟4。在步驟4中，將兩次水平校準值相加，便是加速度傳感器在傾斜90度時的基準輸出 電壓值，將其結果保存，並進入垂直校準步驟5。在步驟5中，使用者把水平儀放在接近90°的豎直平行面一側，按按鍵6中確定按 鈕，便將垂直校準1的結果保存，並進入步驟6。在步驟6中，使用者把水平儀放在豎直平行面的另一側，按按鍵6中確定按鈕，便 將垂直校準2的結果保存，並進入步驟7。在步驟7中，將兩次垂直校準值平均，便是加速度傳感器在水平時的基準輸出電壓 值，將其結果保存，校準過程結束。這樣實際測量後的數據由微處理器2進行演算，可得到經過校準後的角度值，由LCD 顯示驅動器3和LCD顯示器4加以顯示。該演算可以由下列的式(1)表示。朋g/e = 45 + arcsin( J(v - v0) /(v90 - v0)) (1)(angle:演算出的角度值， v:實際測出的電壓值， v90:傾斜90度時的基準輸出電壓值， vO:水平時的基準輸出電壓值。 A:固定值)本發明的工作原理如下電子水平儀進行測量工作時，將電子水平儀高端放置於被 測面高處，低端放置於被測面低處。加速度傳感器l輸出與重力加速度在加速度傳感器 l測量軸上的分量成正比的模擬電壓信號，由微處理器2對該電壓信號進行AD轉換，得 到初步測量數據，對該數據採用公式(1)進行計算，得到精確的測量角度，再經過LCD顯示驅動器3驅動LCD顯示器4， LCD顯示器4顯示出當前所測平面的傾斜角度。鍵盤6 設有"角度/百分比切換"、"清零/校準確定"等功能鍵，能實現其他如測傾斜度和相對 角度等附加功能。本發明的水平儀，由於採用上述構造和校正方法，使水平儀的測量精度得到了很大的提 高，測量範圍可以達到-5~95度，能達到實際工程中要求的精度和測量範圍。
權利要求
1.一種電子水平儀，包括一個長方體盒體(7)，其特徵在於所述的盒體(7)腔內安置加速度傳感器(1)、主電路板(8)和LCD顯示驅動器(3)，盒體(7)上表面上設置LCD顯示器(4)和按鍵(6)；電路結構是主電路板(8)上有微處理器(2)和穩壓電路(5)，加速度傳感器(1)連接微處理器(2)，微處理器(2)連接LCD顯示驅動器(3)和按鍵(6)，LCD顯示驅動器(3)連接LCD顯示器(4)，穩壓電路(5)為加速度傳感器(1)、微處理器(2)和LCD顯示驅動器(3)提供工作電源。
2. 根據權利要求1所述的電子水平儀，其特徵在於所述的盒體(7)兩端分別為高端 和低端，傳感器(1)斜置於盒體(7)的低端內腔與盒體(7)水平測試面呈45度傾 斜。
3. —種根據權利要求1所述電子水平儀的校準方法，其特徵在於採用水平和垂直校 準來保證測量的精度。水平校準為將水平儀在同一水平面原地水平旋轉180°前 後兩次加速度傳感器的值求和；垂直校準為將水平儀分別在同一垂直面兩側的兩 次加速度傳感器的值平均。用水平校準值和垂直校準值對每次加速度傳感器測量 值進行校準可保證測量的精度。
4. 一種根據權利要求2所述的電子水平儀的使用方法，其特徵在於當被測面傾角大 於5度時，高端必須放置於被測面高處，低端必須放置於被測面低處，加速度傳 感器測量軸方向指向電子水平儀的高端。
全文摘要
本發明提供了一種電子水平儀及其校準和使用方法。它包括一個長方體盒體，盒體內安置加速度傳感器、主電路板和LCD顯示驅動器，盒體表面上設置LCD顯示器和按鍵；電路結構是主電路板上有微處理器和穩壓電路，加速度傳感器連接微處理器，微處理器連接LCD顯示驅動器和按鍵，LCD顯示驅動器連接LCD顯示器，穩壓電路為加速度傳感器、微處理器和LCD顯示驅動器提供工作電源。其校準方法採用兩次水平校準和兩次垂直校準。其使用方法是水平儀高端和低端分別處於被測面的高處和低處。本發明具有整體結構簡單、成本較低、產品易制等特點，能滿足大型或精密工程中檢測水平及傾角的多種需要，具有廣泛的應用前景。
文檔編號G01C25/00GK101236079SQ20081003412
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者周思躍, 季雪峰, 勇 朱, 燕蘭泉, 王新峰, 超 馬 申請人:上海大學