專利名稱：滑動式測斜儀簡易標校方法
技術領域：
本發(fā)明涉及滑動式測斜儀簡易標校方法，屬于工程測量儀器標校技術領域。
背景技術：
近年來，隨著國內防災減災、基礎建設工程項目的大量增加，滑動式測斜儀(以下稱測斜儀)作為一種高精度的工程測量儀器得到廣泛使用。與此同時對測斜儀的性能和使用方法也提出了更高的要求，主要表現在1)對儀器工程測量的精度(準確度)要求越來越高；2)儀器的工程測量效率成為左右用戶購買的指標之一。由于測斜儀參數具有隨時間的蠕變性，部分參數可能會偏離初始值，從而影響產品測量數據的精度。為了保證儀器的精度，每年至少要標校一次。現階段測斜儀標校的方法就是將儀器送回生產廠家進行標校，用戶尚無簡便可靠的方法進行現場標校，其中有如下問題對測斜儀的標校不僅需要花費大量的時間，而且價格昂貴，長距離的運輸情況下還會增加精密儀器損壞的風險。

發(fā)明內容
本發(fā)明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種操作簡便快捷、成本低、使用方便、能滿足工程測量精度、適用于用戶現場標校的滑動式測斜儀簡易標校方法。本發(fā)明的技術解決方案是滑動式測斜儀簡易標校方法，通過以下步驟實現第一步，制作滑動式測斜儀簡易標校裝置，滑動式測斜儀簡易標校裝置包括上定位件、下定位件、側板、限板、底板、下板、水平儀、旋轉手柄和鎖緊手柄，兩塊側板與下板通過焊接形成三角支架結構，上定位件和下定位件分別固定安裝在側板上部和下部，下定位件的下部固定安裝限板，水平儀安裝在下板的中心位置，水平儀的安裝面和兩塊側板與下板的焊接面平行，下板的三個角上各安裝一個旋轉手柄，用于調節(jié)水平儀，下板通過鎖緊手柄與底板連接，其中所述的上定位件和下定位件結構一致，為一側有凸臺的類長方體結構，類長方體結構上加工一個上下貫通的圓通孔，在圓通孔的十字形交叉的位置上對稱加工長方形導槽；第二步，標定滑動式測斜儀簡易標校裝置夾角2 0即兩側板之間夾角；第三步，調平滑動式測斜儀簡易標校裝置；第四步，標校，A4. I、將待標校測斜儀測頭的安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置一側的上下定位件內，測頭導輪組卡在上下定位件的長方形導槽內，待標校測斜儀測頭通電進行測量得到
測量數據Ual+ ；A4. 2、將測頭取下后再次安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置的同一位置上測量， 重復若干次得到第一組測量數據Uai+ ；A4. 3、將測頭取下后，旋轉180°后安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置同一側，測量得到測量數據Ual_ ；A4. 4、同步驟A4. 2得到第二組測量數據Uai_ ；
A4. 5、同理將測頭安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置另一側，得到第三、第四組測量數據Ubi+和UM_ ；A4. 6、對每一組測量數據進行處理，去除每組中的最大和最小值后，求取每組剩余數據的平均值，得到巧,+、Ua,一、ub,+muhl^，并求取每組剩余數據的標準差，若標準差大于標準差閾值e，則返回相應步驟重新測量得到該組數據，若標準差小于等于標準差閾值 e，則轉入步驟A4. 7 ；△4.7、利用公式組(1)和平均值％,+、U。,—、巧,+和得到待標校測斜儀測頭的標度因數K和零偏值Atl,足=隊+0隊- -)
4sin6>( I )A0 = (Um+ + Uai_ + Uibi+ +Ubi_)/4其中0為滑動式測斜儀簡易標校裝置夾角的一半。所述第二步中滑動式測斜儀簡易標校裝置的夾角2 0取值范圍為30±5°。所述下定位件比上定位件長45 55mm。所述側板為薄板結構，采用8#槽鋼制成，在上部和下部各加工兩個凹槽用于定位安裝上定位件和下定位件。本發(fā)明與現有技術相比具有如下優(yōu)點(I)本發(fā)明標校裝置采用將兩塊側板和下板焊接成一整體的三腳支架結構，同時選用8#槽鋼為側板的材料，使在正常使用情況下側板的形變幾乎為零，同時保證了兩塊側板之間的夾角始終保持不變，從根本上消除了兩塊側板之間的夾角的變化對測量結果的影響；(2)本發(fā)明標校過程簡單，操作性強，數據處理方法更科學合理，用戶可以現場對儀器進行校核或標定；(3)本發(fā)明能滿足工程測量精度，具有較高的實用性，與回廠標校相比，本發(fā)明簡易標校方法相對于分度頭率定技術的精度不高于0.01%，簡易標校后儀器的測量精度不大于 0. 1% F S ;(4)本發(fā)明標校裝置采用在下板上安裝水平儀，水平儀的安裝面和兩塊側板與下板的焊接面平行，在使用旋轉手柄調平水平儀后，即可進行標校，采用本發(fā)明校準測斜儀測頭時，保證了測頭的導輪平面處于垂直位置，減小導輪平面不垂直對于測量引起的誤差；(5)本發(fā)明標校裝置采用鎖緊手柄把焊接后的三角支架結構固定在底板上，進一步提高了滑動式測斜儀簡易標校裝置的穩(wěn)定性；(6)本發(fā)明標校裝置下定位件長度比上定位件的長度長，保證測頭的扭轉彈簧依次固定在定位件上，減小多個彈簧同時作用時對裝置穩(wěn)定性的影響；(7)本發(fā)明標校裝置結構簡單合理，加工容易，安裝便捷，成本較現有原廠校準設備大大降低，且方便用戶對儀器進行簡易現場標校，經標校后儀器測量精度達到使用要求， 儀器無需返廠標校，可提高工程測量數據的精度；(8)使用本發(fā)明不僅節(jié)省大量的人力，經費以及時間，還減少了長距離的運輸情況下精密儀器損壞的風險。


圖I為本發(fā)明滑動式測斜儀簡易標校裝置結構示意圖2為本發(fā)明滑動式測斜儀簡易標校裝置結構示意圖(去除底板和鎖緊手柄的立體圖)；
圖3為本發(fā)明滑動式測斜儀簡易標校裝置上定位件主視圖4為本發(fā)明滑動式測斜儀簡易標校裝置上定位件側視圖5為本發(fā)明滑動式測斜儀簡易標校裝置上定位件俯視圖6為本發(fā)明滑動式測斜儀簡易標校裝置側板主視圖7為本發(fā)明滑動式測斜儀簡易標校裝置側板側視圖8為圖7的C-C方向剖視圖9為本發(fā)明標校原理示意圖10為本發(fā)明標校簡易圖結構圖11為本發(fā)明流程圖12為本發(fā)明標校過程流程圖。
具體實施例方式下面就結合具體實例和附圖對本發(fā)明做進一步介紹。本發(fā)明標校過程如圖11所示，通過以下步驟實現測斜儀標校。I、制作滑動式測斜儀簡易標校裝置滑動式測斜儀簡易標校裝置如圖1、2所示，包括上定位件I、下定位件2、側板3、限板4、底板5、下板6、水平儀7、旋轉手柄8和鎖緊手柄9。兩塊側板3和下板6焊接成一體， 焊接后兩塊側板的夾角2 0固定不可變化，焊接后形成穩(wěn)固的三角支架形狀；上定位件I和下定位件2通過沉頭螺釘固定安裝在側板3上，裝配完成后的兩個定位件用來固定測斜儀測頭的兩組導輪，兩個定位件和側板通過限位尺寸和形位公差來保證測斜儀測量基準“兩線一面”(即兩側導輪組的外公切線構成兩線，導輪組構成的平面是測斜儀的測量平面)； 限板4與下定位件2通過沉頭螺釘連接固定起到對測斜儀的導輪的限位作用；水平儀7與下板6通過端面定位并用螺釘連接固定，水平儀7的安裝面和兩塊側板3與下板6的焊接面平行，起到傳遞基準的作用；下板6的三個角上各安裝一個旋轉手柄8，調節(jié)旋轉手柄8， 可使水平儀7的氣泡處于觀測窗口的正中心，使裝置實現水平，(調節(jié)旋轉手柄時，整個三角支架結構放置在底板5上，調節(jié)水平時，已考慮了底板和下板的不水平，調節(jié)完成后，只需擰緊鎖緊手柄固定裝置和底板，三個鎖緊手柄的位置呈中心對稱的結構，其擰緊的力對水平儀的影響很小，可忽略不計。)此項操作的作用保證安裝測頭后的導輪平面處于垂直位置，消除導輪平面不垂直對于測量引起的誤差；旋轉手柄8調節(jié)完成后，用鎖緊手柄9把三角支架結構固定在底板5上，提高整個滑動式測斜儀簡易標校裝置的穩(wěn)定性。上定位件I如圖3、4、5所示，為一側有凸臺的類長方體結構，類長方體結構上加工一個上下貫通的圓通孔，在圓通孔的十字形交叉的位置上對稱加工長方形導槽11，上定位件I通過凸臺上加工的安裝定位孔12安裝在側板3上。下定位件2的結構與上定位件I 結構一致，在長度上有區(qū)別，下定位件2的長度比上定位件長45 55mm，保證測頭的扭轉彈簧依次固定在定位件上，減小多個彈簧同時作用時對裝置穩(wěn)定性的影響；同時在下定位件2的下表面加工用于安裝限板4的螺紋連接孔。上、下定位件的長方形導槽用來定位安裝測斜儀測頭的導輪。側板3如圖6、7、8所示，為薄板結構(一般不厚于5mm)，在上部和下部各加工兩個凹槽31用于定位安裝上定位件I和下定位件2。兩塊側板3與下板6焊接后形成的夾角 2 0范圍為30±5°，此值在加工裝配完成后就固定不變了，出廠時需要精確測量該值。2、標定滑動式測斜儀簡易標校裝置夾角2 0即兩側板之間夾角本發(fā)明利用石英撓性加速度計輸出公式U = Ksin 9 +A0為依據來進行標校，如圖 9所示，根據對稱兩個位置A、B (對應于滑動式測斜儀簡易標校裝置兩塊側板的位置)的測試結果只是角度由正變?yōu)樨摰年P系，已知對稱位置之間的夾角2 0，和對稱兩個位置的輸出 U，便可求出需校準的參數零偏Atl和標度因數K。根據公式U = Ksin( 0+@)+A可知，標度因數K的準確性與固定夾角0、中心線與重力線的偏差角P有關。固定夾角e的變化對測量結果的影響較大，本發(fā)明采取了一系列的措施降低e對測量結果的影響，具體措施如下I)滑動式測斜儀簡易標校裝置選用8#槽鋼為側板的材料,下板選用厚度為IOmm 的碳素鋼，底板選用厚度為20mm的碳素鋼，在正常使用情況下側板的形變幾乎為零。同時為了保證滑動式測斜儀簡易標校裝置在使用中，A、B兩個位置的夾角始終保持不變，將滑動式測斜儀簡易標校裝置設計為焊接式一體結構；2)精確測量出滑動式測斜儀簡易標校裝置的固定夾角2 0 (此項在滑動式測斜儀簡易標校裝置出廠前已測量完成，測量固定夾角的數值用于現場標校使用)。具體標定過程如下將標度因數和零偏已準確測量的標準測頭放入滑動式測斜儀簡易標校裝置的左邊導槽后，將測頭通電并進行測量，得到Ua+，將測頭取出并旋轉180°放入滑動式測斜儀簡易標校裝置的同一邊導槽后，讀取測量數據記錄為Ua_。由于標準測頭標度因數K和零偏Atl 已經準確的標定出，把Ua+和Ua_代入公式U = Ksin 0 +A0,有Ua+ = K sin 9 X+A0Ua_ = K sin (- 9 x) +A0可求出忽略P角影響的左側導槽位置的Q1值。Ub+ = K sin 0 2+A0Ub_ = K sin (- 0 2) +A0同樣的方法可以得出滑動式測斜儀簡易標校裝置的右邊導槽的位置02值。由于滑動式測斜儀簡易標校裝置的夾角固定，其位置A和位置B之間的固定夾角3、調平滑動式測斜儀簡易標校裝置為減小0對標校精度的影響，滑動式測斜儀簡易標校裝置通過水平儀進行水平找正。根據標度因數的計算公式可知，測頭測量的A、B兩個位置相對于重力垂線的對稱性， 即計算公式中的P，當cosP越趨于I時，標度因數的計算值越接近于它的真實值，因此在現場標校測量時，應盡可能的保證A、B兩個位置相對于重力垂線的對稱性。為保證A、B兩個位置相對于重力垂線的對稱性，將“三點水平調整法”應用于本發(fā)明上，也就是在下板的中心加工一基準面，該基準面與兩側板與下板的焊接面平行，在下板的中心基準面上安裝精度為2的水平儀。在標校之前應先調整裝置的水平，根據三點確定一個平面的原理，調整下板上的三個旋轉手柄，使水平儀氣泡處于觀測窗口的正中心，使本發(fā)明的裝置實現水平，使安裝測頭后的導輪平面處于垂直位置，減小導輪平面不垂直對于測量引起的誤差，因此，滑動式測斜儀簡易標校裝置在校準測斜儀測頭時可以忽略P角的影響。具體調平過程如下I)調整下板6上的三個旋轉手柄8，使水平儀7氣泡處于觀測窗口的正中心，使滑動式測斜儀簡易標校裝置實現水平；2)將滑動式測斜儀簡易標校裝置三腳支架結構通過鎖緊手柄9固定在底板5上。4、標校標校過程如圖12所示，以下結合具體標校實例進行詳細說明。(I)如圖10所示，將待標校測斜儀測頭01的安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置 04左側的上下定位件內，電纜組件02和電纜盤組件03為測斜儀的部件，測頭導輪組卡在上下定位件的長方形導槽內，待標校測斜儀測頭通電進行測量得到測量數據Ual+ (具體數據見表I，下同)；(2)將測頭取下后再次安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置的左側同一位置上測量，重復若干次得到第一組測量數據Uai+(此例以10個測量數據為一組，測量數據越多，標校結果越精確，具體數據見表I，下同)；(3)將測頭取下后，旋轉180°后安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置左側，測量得到測量數據Ual_ ；(4)將測頭取下后，再次安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置的左側同一位置上測
量，重復若干次得到第二組測量數據Uai_ ；(5)同上述(I) (4)將測頭安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置右側，得到第三、 第四組測量數據Ubi+和Ubi_;表I
權利要求
1.滑動式測斜儀簡易標校方法，其特征在于通過以下步驟實現第一步，制作滑動式測斜儀簡易標校裝置，滑動式測斜儀簡易標校裝置包括上定位件(I)、下定位件(2)、側板(3)、限板(4)、底板(5)、下板(6)、水平儀(7)、旋轉手柄(8)和鎖緊手柄(9)，兩塊側板(3)與下板(6)通過焊接形成三角支架結構，上定位件(I)和下定位件(2)分別固定安裝在側板(3)上部和下部， 下定位件(2)的下部固定安裝限板(4)，水平儀(7)安裝在下板(6)的中心位置，水平儀(7) 的安裝面和兩塊側板(3)與下板￠)的焊接面平行，下板￠)的三個角上各安裝一個旋轉手柄(8)，用于調節(jié)水平儀(7)，下板(6)通過鎖緊手柄(9)與底板(5)連接，其中所述的上定位件(I)和下定位件(2)結構一致，為一側有凸臺的類長方體結構，類長方體結構上加工一個上下貫通的圓通孔，在圓通孔的十字形交叉的位置上對稱加工長方形導槽；第二步，標定滑動式測斜儀簡易標校裝置夾角2 0即兩側板(3)之間夾角；第三步，調平滑動式測斜儀簡易標校裝置；第四步，標校，A4. I、將待標校測斜儀測頭的安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置一側的上下定位件內，測頭導輪組卡在上下定位件的長方形導槽內，待標校測斜儀測頭通電進行測量得到測量數據Ual+ ；A4. 2、將測頭取下后再次安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置的同一位置上測量，重復若干次得到第一組測量數據Uai+ ；A4. 3、將測頭取下后，旋轉180°后安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置同一側，測量得到測量數據Ual_ ；A4. 4、同步驟A4. 2得到第二組測量數據Ual_ ；A4. 5、同理將測頭安裝在滑動式測斜儀簡易標校裝置另一側，得到第三、第四組測量數據 Ubi+ 和 UM_ ；A4. 6、對每一組測量數據進行處理，去除每組中的最大和最小值后，求取每組剩余數據的平均值，得到巧,+、Um—、%,+和，并求取每組剩余數據的標準差，若標準差大于標準差閾值e，則返回相應步驟重新測量得到該組數據，若標準差小于等于標準差閾值e， 則轉入步驟A4. 7 ；A4.7、利用公式組(I)和平均值巧,+、Ua,_ ^ %,+和得到待標校測斜儀測頭的標度因數K和零偏值Atl,
2.根據權利要求I所述的滑動式測斜儀簡易標校方法，其特征在于所述第二步中滑動式測斜儀簡易標校裝置的夾角2 0取值范圍為30±5°。
3.根據權利要求I所述的滑動式測斜儀簡易標校方法，其特征在于所述的下定位件 ⑵比上定位件(I)長45 55mm。
4.根據權利要求I所述的滑動式測斜儀簡易標校方法，其特征在于所述的側板(3)為薄板結構，采用8#槽鋼制成，在上部和下部各加工兩個凹槽(31)用于定位安裝上定位件 ⑴和下定位件⑵。
全文摘要
本發(fā)明公開了滑動式測斜儀簡易標校方法，通過制作滑動式測斜儀簡易標校裝置、標定滑動式測斜儀簡易標校裝置夾角、調平滑動式測斜儀簡易標校裝置和標校等步驟實現測斜儀的標校。本發(fā)明標校過程簡單，操作性強，數據處理方法更科學合理，用戶可以現場對儀器進行校核或標定；本發(fā)明能滿足工程測量精度，具有較高的實用性；本發(fā)明標校裝置采用將兩塊側板和下板焊接成一整體的三腳支架結構，同時選用8#槽鋼為側板的材料，使在正常使用情況下側板的形變幾乎為零，同時保證了兩塊側板之間的夾角始終保持不變，從根本上消除了兩塊側板之間的夾角的變化對測量結果的影響。
文檔編號G01C25/00GK102607600SQ20121008858
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權日2012年3月30日
發(fā)明者萬順平, 劉宇薇, 孫芳, 張文鵬, 徐銳, 杜堂文, 楊卓, 段慧 申請人:航天科工慣性技術有限公司