用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的方法和傾角傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的方法和傾角傳感器，其中所述方法包括：通過(guò)設(shè)置在曲臂與主臂間的連接軸的傾角傳感器，采集傾角傳感器擺錘所受的外力F測(cè)；根據(jù)所述外力F測(cè)獲取曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β。本發(fā)明通過(guò)充分考慮了傾角傳感器安裝位置受向心力大小不同的影響，通過(guò)將傾角傳感器安裝在曲臂與主臂之間的連接軸位置，直接使R為0，直接消除了向心力的影響，更簡(jiǎn)便及節(jié)省成本；簡(jiǎn)化了傾角傳感器在曲臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)情況下傾斜角度的計(jì)算過(guò)程，提高了測(cè)量精度；實(shí)現(xiàn)了曲臂在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)下傾斜角度的精確測(cè)量。
【專利說(shuō)明】用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的方法和傾角傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及角度測(cè)量方法及裝置，特別涉及一種用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的方法和傾角傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在各種登高安裝、檢測(cè)、維修等作業(yè)中，經(jīng)常要使用做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的曲臂，而曲臂的傾角是此種機(jī)械進(jìn)行調(diào)平校準(zhǔn)以及施工質(zhì)量檢測(cè)的重要參數(shù)。這時(shí)遇到關(guān)鍵的問(wèn)題就是該傾斜角的測(cè)量，精確地測(cè)量出該角度是調(diào)平校準(zhǔn)、檢測(cè)的基礎(chǔ)，這是調(diào)平、檢測(cè)等過(guò)程控制中非常重要的一環(huán)。
[0003]在對(duì)裝置或工作平臺(tái)進(jìn)行調(diào)平、檢測(cè)的過(guò)程中，經(jīng)常使用的是傾角傳感器。傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平測(cè)量，從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”式三種傾角傳感器，由于固體擺式傾角傳感器有明確的擺長(zhǎng)和擺心，以及此產(chǎn)品測(cè)量范圍、精度及抗過(guò)載能力較高，因此目前在實(shí)際工程中應(yīng)用最廣泛的是固體擺式傾角傳感器。固體擺式傾角傳感器在實(shí)用中產(chǎn)品的類型較多，如電磁擺式。
[0004]傾角傳感器的理論基礎(chǔ)是牛頓第二定律，根據(jù)基本的物理原理它其實(shí)是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器。當(dāng)傾角傳感器靜止時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向沒(méi)有加速度作用，作用在它上面的只有重力加速度，重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角。
[0005]但是當(dāng)傾角傳感器在曲臂慣性系統(tǒng)中測(cè)量其傾斜角度時(shí)，由于曲臂在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)地有向心力的存在，傳感器對(duì)水平傾角的測(cè)量產(chǎn)生了偏差。目前，市場(chǎng)上的固體擺式傾角傳感器采用的測(cè)角原理忽略了這種情況下向心力的影響，使得測(cè)量出來(lái)的傾角值要與實(shí)際的傾角值不符，無(wú)法滿足系統(tǒng)的測(cè)量精度的要求，對(duì)調(diào)平、檢測(cè)等控制造成影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的方法和傾角傳感器，本發(fā)明不僅可以精確測(cè)量曲臂處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的傾角，而且可以精確測(cè)量曲臂做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的傾角。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的方法，包括:
[0008]通過(guò)設(shè)置在曲臂與主臂間的連接軸的傾角傳感器，采集傾角傳感器擺錘所受的外力F測(cè)；
[0009]根據(jù)所述外力F3m獲取曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β。
[0010]優(yōu)選的，在采集傾角傳感器擺錘所受的外力F3m的步驟之前，所述方法還包括:對(duì)所述傾角傳感器進(jìn)行調(diào)零。
[0011]優(yōu)選的，根據(jù)所述外力F3m獲取曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β的步驟，包括:利用公式β =arcsinX計(jì)算出曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β，其中X=Ffw/mg, m為傾角傳感器擺錘的質(zhì)量，g為重力加速度。
[0012]優(yōu)選的，采集傾角傳感器擺錘所受的外力F3m的步驟，包括:以預(yù)定時(shí)間間隔采集傾角傳感器擺錘所受的外力F#1。
[0013]優(yōu)選的，所述傾角傳感器采用固體擺式傾角傳感器。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的傾角傳感器，所述傾角傳感器設(shè)置在曲臂與主臂間的連接軸上，所述傾角傳感器包括測(cè)力單元和傾角獲取單元，其中:
[0015]測(cè)力單元，用于采集傾角傳感器擺錘所受的外力F.；
[0016]傾角獲取單元，根據(jù)所述外力F3m獲取曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β。
[0017]優(yōu)選的，所述傾角傳感器還包括調(diào)零單元，其中:
[0018]調(diào)零單元，用于在測(cè)力單元采集傾角傳感器擺錘所受的外力F3m之前，對(duì)測(cè)力單元和傾角獲取單元進(jìn)行調(diào)零。
[0019]優(yōu)選的,傾角獲取單元用于利用公式β =arcsinX計(jì)算出曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β，其中X=F./mg，m為傾角傳感器擺錘的質(zhì)量，g為重力加速度。
[0020]優(yōu)選的，測(cè)力單元用于以預(yù)定時(shí)間間隔采集傾角傳感器擺錘所受的外力F#1。
[0021 ] 優(yōu)選的，所述傾角傳感器采用固體擺式傾角傳感器。
[0022]本發(fā)明通過(guò)充分考慮了傾角傳感器安裝位置受向心力大小不同的影響，通過(guò)將傾角傳感器安裝在曲臂與主臂之間的連接軸位置，直接使R為0，直接消除了向心力的影響，更簡(jiǎn)便及節(jié)省成本；簡(jiǎn)化了傾角傳感器在曲臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)情況下傾斜角度的計(jì)算過(guò)程，提高了測(cè)量精度；實(shí)現(xiàn)了曲臂在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)下傾斜角度的精確測(cè)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的方法一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明傾角傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0026]圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中傾角傳感器的安裝位置示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例中傾角傳感器的安裝位置示意圖。
[0028]圖5為圖4中傾角傳感器安裝位置的局部放大示意圖。
[0029]圖6為本發(fā)明用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的方法另一實(shí)施例的示意圖。
[0030]圖7為本發(fā)明用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的傾角傳感器一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0031]圖8為本發(fā)明用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的傾角傳感器另一實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說(shuō)明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0033]除非另外具體說(shuō)明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0034]同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。
[0035]對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說(shuō)明書(shū)的一部分。
[0036]在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。
[0037]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。
[0038]圖1為本發(fā)明用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的方法一個(gè)實(shí)施例的示意圖。優(yōu)選的，本實(shí)施例可由用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的傾角傳感器執(zhí)行。該方法包括以下步驟:
[0039]步驟101，通過(guò)設(shè)置在曲臂與主臂間的連接軸的傾角傳感器，采集傾角傳感器擺錘所受的外力fm。
[0040]步驟102，根據(jù)所述外力F3m獲取曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β。
`[0041]優(yōu)選的，所述傾角傳感器可以選用如圖2所示的固體擺式傾角傳感器。所述固體擺式傾角傳感器包括支架201，擺線202和擺錘203構(gòu)成的，它實(shí)際上是基于慣性原理的一種加速度傳感器。
[0042]當(dāng)傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，它所受的力只有重力G和拉力Τ，加速度是由兩個(gè)力的合力F合產(chǎn)生的，并且此時(shí)F3m =F合。
[0043]但是當(dāng)傳感器不是靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，它所受的力除了重力G和拉力T之外，還存在向心力，此時(shí)F測(cè)古F合，而是F合=Fs +F向心，此時(shí)傾角傳感器測(cè)量的傾角就產(chǎn)生了誤差。
[0044]由于曲臂慣性系統(tǒng)的特殊性，必須保證將其準(zhǔn)確的傾角測(cè)量出來(lái)，以保證其它各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確性，因此對(duì)曲臂傾角準(zhǔn)確的測(cè)量是必不可少的，為其它控制參數(shù)奠定基礎(chǔ)。
[0045]本發(fā)明嘗試將傳感器安裝在曲臂上，如圖3所示，在諸如登高平臺(tái)消防車的工程機(jī)械中，主臂301連接著曲臂302，曲臂302上安裝著傾角傳感器303。當(dāng)曲臂302處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，傾角傳感器303中擺錘所受的合力F合是由拉力T和重力G合成的，此時(shí)F3m=F合=HigsinP，β是傾角傳感器測(cè)量出來(lái)曲臂302相對(duì)于水平面的角度，此時(shí)測(cè)量的傾角值是準(zhǔn)確的，即β為曲臂傾斜角。
[0046]但是當(dāng)曲臂302做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)由位置A旋轉(zhuǎn)到位置B時(shí)，曲臂302的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)勢(shì)必會(huì)造成其它相關(guān)角度的變化，在這種情況下向心力也會(huì)作用到傾角傳感器303上，擺錘所受的力除了重力G、拉力T之外,還有向心力F向心,此時(shí)F合=Fm+F秘,式中Ffw=Iiigsin^ ,β仍是傾角傳感器測(cè)量出來(lái)的傾斜角，但實(shí)際的傾斜角α是由Fg產(chǎn)生的。由于向心力心=mco2R也是合力的一部分，所以實(shí)際的傾角值α要比傾角傳感器測(cè)量出來(lái)的β大，傾角傳感器測(cè)量的傾角值發(fā)生了偏差。
[0047]由于固體擺式傾角傳感器的測(cè)量原理是基于靜止時(shí)的傾角傳感器的受力情況，所以上式中F3m就是固體擺式傾角傳感器在靜止時(shí)測(cè)量出來(lái)的合力。由上述描述可以看出，曲臂在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的合力F合=F.+F向心較之靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的受力情況加入了向心力的影響，從而增加了傾角計(jì)算的復(fù)雜度。
[0048]向心力為心=mco2R，其中ω為的角速率，R為曲臂轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。根據(jù)固體擺式傾角傳感器的原理，無(wú)論是靜止?fàn)顟B(tài)還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，重力作用在傳感器上都表現(xiàn)為F.=mgsini3，式中β為傳感器測(cè)出的傾角值，g為重力加速度。傳感器所受的合力就是由向心力和重力產(chǎn)生的。所以有下式:
【權(quán)利要求】
1.一種用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的方法，其特征在于，包括: 通過(guò)設(shè)置在曲臂與主臂間的連接軸的傾角傳感器，采集傾角傳感器擺錘所受的外力F測(cè)； 根據(jù)所述外力F3m獲取曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采集傾角傳感器擺錘所受的外力F3m的步驟之前，還包括: 對(duì)所述傾角傳感器進(jìn)行調(diào)零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述外力？_獲取曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β的步驟，包括: 利用公式β =arcsinX計(jì)算出曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β，其中X=Ffw/mg, m為傾角傳感器擺錘的質(zhì)量，g為重力加速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采集傾角傳感器擺錘所受的外力F3m的步驟，包括: 以預(yù)定時(shí)間間隔采集傾角傳感器擺錘所受的外力F#1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述傾角傳感器采用固體擺式傾角傳感器。
6.一種用于測(cè)量曲臂慣性系統(tǒng)中曲臂傾角的傾角傳感器，其特征在于，所述傾角傳感器設(shè)置在曲臂與主臂間的連接軸上，所述傾角傳感器包括測(cè)力單元和傾角獲取單元，其中: 測(cè)力單元，用于采集傾角傳感器擺錘所受的外力F.； 傾角獲取單元，根據(jù)所述外力F3m獲取曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傾角傳感器，其特征在于，還包括調(diào)零單元，其中: 調(diào)零單元，用于在測(cè)力單元采集傾角傳感器擺錘所受的外力F3m之前，對(duì)測(cè)力單元和傾角獲取單元進(jìn)行調(diào)零。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傾角傳感器，其特征在于， 傾角獲取單元用于利用公式β =arcsinX計(jì)算出曲臂相對(duì)于水平面的傾斜角β,其中X=F#J/mg, m為傾角傳感器擺錘的質(zhì)量，g為重力加速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傾角傳感器，其特征在于， 測(cè)力單元用于以預(yù)定時(shí)間間隔采集傾角傳感器擺錘所受的外力F_。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傾角傳感器，其特征在于，所述傾角傳感器采用固體擺式傾角傳感器。
【文檔編號(hào)】G01C9/00GK103759710SQ201410042601
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】溫讀夫, 肖興軍, 張霞 申請(qǐng)人:徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司