一種傾斜角的測量方法
2023-07-14 01:22:26
一種傾斜角的測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種傾斜角的測量方法，該方法基於傾斜傳感器來實現，該方法首先將傾斜傳感器的四面體的底面緊貼於被測斜面，得到傾斜傳感器的三個加速度計的輸出值為B1、B2、B3；然後定義被測斜面的坐標系OXYZ，其中OZ垂直於被測斜面，OX、OY平行於被測斜面且互相垂直；輸出值B1，B2，B3獲得重力加速度g在OX、OY、OZ方向上的分量gx、gy、gz；最後得到傾斜的方位角β與擺幅α，從而實現傾斜角的測量；本發明實現了全方位、全擺幅的傾斜測量。
【專利說明】一種傾斜角的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及測量【技術領域】，尤其涉及一種傾斜角的測量方法。
【背景技術】
[0002]在很多場合下，需要清楚知道裝備相對於水平面的傾斜程度，與水平面呈多大角度。比如列車運行時需要隨時獲取傾斜信息來補償離心力，從而避免事故發生。在升降機和起重機上也必須要有傾斜監控。
[0003]傾斜可以用傾斜的方位和擺幅來表徵，如圖1所示，假設OXYZ為被測件的坐標系，當被測件傾斜時，其坐標系與重力方向存在一個相對關係，參照圖1，重力方向為0G，重力方向在OXY平面內的投影為0G』，定義α為傾斜的擺幅，範圍為0-180° ;定義β為傾斜的方位，範圍為0-360°。
[0004]目前，現有技術中測量傾角的裝置非常多，例如利用光電作用的光電測量角度測量儀，採用密封液體為測量介質的角度測量儀等。而利用加速度計測量傾斜角的途徑也很多，其基本原理是利用重力矢量在加速度計敏感軸上的投影來確定傾斜角度。但是，這些方法存在著以下不足:
[0005]1、對於單軸加速度計的傾角傳感器，只能在特定的方位上進行傾斜角測量，無法得出傾斜的方位；
[0006]2、單軸或者雙軸加速度計在原理上受到限制，例如，雙軸加速度計測量傾角時，利用反正弦函數實現加速度到角度的轉換，0=arcsin(f(Bl，B2))，其中B1，B2為加速度計兩個軸的輸出值，f (B1,B2)為將加速度計輸出值轉換成三角函數值的某種函數關係，該函數關係可以由理論推導得出，由其導函數的性質可以得出，當傾斜角接近90°時，該方法的靈敏度接近於0，從而檢測範圍受到限制，即無法實現全擺幅的測量。
[0007]根據以上現有技術的不足，本發明公開了一種高靈敏度、全方位、全擺幅的傾斜角測量方法。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於根據現有技術的不足，提供一種傾斜角的測量方法，該方法能夠實現高靈敏度，全方位，全擺幅的傾角測量。
[0009]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種傾斜角的測量方法，該方法基於傾斜傳感器來實現，傾斜傳感器由四面體以及固定在四面體上的三個加速度計組成，四面體的三條斜邊PA、PB、PC兩兩垂直，底面ABC為一個正三角形，在正四面體的三個斜面的中心安裝三個加速度計Al、A2、A3，三個加速度計的敏感軸分別垂直於其所在斜面；該方法包括以下步驟:
[0010](I)將傾斜傳感器的四面體的底面緊貼於被測斜面，得到傾斜傳感器的三個加速度計的輸出值為B1，B2，B3。
[0011](2)定義被測斜面的坐標系0ΧΥΖ，其中OZ垂直於被測斜面，OX、OY平行於被測斜面且互相垂直；由步驟I得到的輸出值為B1，B2，B3獲得重力加速度g在OX、OY、OZ方向上的分量gx、gy、gz。
[0012]加速度計的誤差模型為:
[0013]B1=K1 (D01+Dxlgx+DY1gy+Dzlgz)
[0014]B2=K2 (D02+DX2gx+DY2gy+DZ2gz)
[0015]B3=K3 (D03+DX3gx+DY3gy+DZ3gz)
[0016]其中，D01^D02, D03分別為加速度計Al、A2、A3的零位誤差，K1^K2, K3分別為加速度計A1、A2、A3的標度因素，Dx1、Dy1、Dzi依次分別為加速度計Al對於坐標系OXYZ中的X軸、Y軸、Z軸的安裝誤差，Dx2, DY2、Dzi依次分別為加速度計A2對於坐標系OXYZ中的X軸、Y軸、Z軸的安裝誤差，DX3、DY3、Dz3依次分別為加速度計A3對於坐標系OXYZ中的X軸、Y軸、Z軸的安裝誤差。其矩陣形式為:
【權利要求】
1.一種傾斜角的測量方法，該方法基於傾斜傳感器來實現，傾斜傳感器由四面體以及固定在四面體上的三個加速度計組成，四面體的三條斜邊PA、PB、PC兩兩垂直，底面ABC為一個正三角形，在正四面體的三個斜面的中心安裝三個加速度計Al、A2、A3，三個加速度計的敏感軸分別垂直於其所在斜面；其特徵在於，該方法包括以下步驟: (1)將傾斜傳感器的四面體的底面緊貼於被測斜面，得到傾斜傳感器的三個加速度計的輸出值為B1，B2，B3。 (2)定義被測斜面的坐標系OXYZ，其中OZ垂直於被測斜面，OX、OY平行於被測斜面且互相垂直；由步驟I得到的輸出值為B1，B2，B3獲得重力加速度g在OX、0Y、OZ方向上的分量 gx、gy> gzo 加速度計的誤差模型為:
B1=K1 (D01+Dxlgx+DY1gy+Dzlgz)
1?-? (D02+DX2gx+DY2gy+DZ2gz)
Bs-K3 (D03+DX3gx+DY3gy+DZ3gz) 其中，Dtll、D02、D03分別為加速度計Al、A2、A3的零位誤差，K1、K2、K3分別為加速度計Al、A2、A3的標度因素，DX1、DY1、DZ1依次分別為加速度計Al對於坐標系OXYZ中的X軸、Y軸、Z軸的安裝誤差，DX2、DY2、DZ1依次分別為加速度計A2對於坐標系OXYZ中的X軸、Y軸、Z軸的安裝誤差，DX3、DY3、DZ3依次分別為加速度計A3對於坐標系OXYZ中的X軸、Y軸、Z軸的安裝誤差。其矩陣形式為:
【文檔編號】G01C9/00GK103591936SQ201310578085
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】章謙, 周一覽, 楊建華, 劉承 申請人:浙江大學