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(cè)量方法，在不要求角度傳感器軸線(xiàn)平行于旋轉(zhuǎn)軸的情況下可以迅速測(cè)得物體真實(shí)旋轉(zhuǎn)角度，在測(cè)量中免去找旋轉(zhuǎn)軸的步驟，提高角度測(cè)量工作的效率及測(cè)量時(shí)的精度。

背景技術(shù)：

目前，很多應(yīng)用場(chǎng)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(cè)量，但角度傳感器在安裝時(shí)必須要平行于物體旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)，而很多由人工安裝的測(cè)量系統(tǒng)不能使得角度傳感器軸線(xiàn)與物體旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)絕對(duì)平行，帶來(lái)很大誤差。本發(fā)明的這種設(shè)計(jì)，在物體旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與水平面平行的情況下不要求傳感器軸線(xiàn)與物體旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)平行，減小了測(cè)量時(shí)由于傳感器位置放置不當(dāng)產(chǎn)生的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種角度測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)軸平行于水平面時(shí)角度傳感器軸線(xiàn)可以不平行于轉(zhuǎn)軸，簡(jiǎn)化了傳感器的安裝過(guò)程，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)角度的實(shí)時(shí)高精度的監(jiān)測(cè)。

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(cè)量方法，該方法步驟如下：

步驟一：兩個(gè)雙軸角度傳感器安裝在被測(cè)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(duì)兩個(gè)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(gè)雙軸角度傳感器輸出值，當(dāng)兩個(gè)雙軸角度傳感器對(duì)應(yīng)方向輸出的測(cè)量值相等時(shí)，開(kāi)始正式測(cè)量；

步驟二：開(kāi)始進(jìn)行角度測(cè)量，平面ABC為被測(cè)物體旋轉(zhuǎn)前所在平面，平面ABC過(guò)A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)，過(guò)B點(diǎn)和C點(diǎn)的直線(xiàn)BC為旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)，A點(diǎn)為被測(cè)物體旋轉(zhuǎn)前所在平面的一點(diǎn)，D點(diǎn)為被測(cè)物體旋轉(zhuǎn)結(jié)束所在平面的一點(diǎn)，平面BDC為被測(cè)物體旋轉(zhuǎn)后所在平面，平面BDC過(guò)D點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)，過(guò)A點(diǎn)和D點(diǎn)的直線(xiàn)AD為從D點(diǎn)垂直于平面ABC的垂線(xiàn)，DH為三角形DBC的高，可知雙軸角度傳感器所測(cè)得的兩個(gè)垂直方向上的夾角為α₁角和α₂角，角度DHA即為被測(cè)物體真實(shí)旋轉(zhuǎn)角α，可由角度傳感器測(cè)出角度α₁角和α₂角計(jì)算出真實(shí)旋轉(zhuǎn)角α；其中A點(diǎn)是物體測(cè)量點(diǎn)，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(cè)出的兩個(gè)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(jì)算出角度DHA，即為物體的真實(shí)旋轉(zhuǎn)角α；

步驟三：兩個(gè)雙軸角度傳感器將4組模擬量測(cè)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(cè)量值同雙軸角度傳感器2在X₁方向的測(cè)量值做平均，同時(shí)將雙軸角度傳感器2在Y方向的測(cè)量值同雙軸角度傳感器2在Y₂方向的測(cè)量值做平均，可以得到兩組兩個(gè)相互垂直方向的測(cè)量值，再在DSP中進(jìn)行計(jì)算得到一組被測(cè)物體的真實(shí)旋轉(zhuǎn)角度值，對(duì)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(jī)；

步驟四：上位機(jī)接收到下位機(jī)傳送的角度值進(jìn)行實(shí)時(shí)波形顯示，并存儲(chǔ)，再根據(jù)角度值的反饋對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做進(jìn)一步的調(diào)整。

更進(jìn)一步的，在測(cè)量中放置兩個(gè)雙軸角度傳感器時(shí)，雙軸角度傳感器的軸線(xiàn)不用平行于物體旋轉(zhuǎn)軸，直接通過(guò)兩個(gè)垂直放置的雙軸角度傳感器所測(cè)出的任意兩個(gè)相互垂直方向的旋轉(zhuǎn)角度推算出真實(shí)的旋轉(zhuǎn)角度，傳感器輸出為模擬信號(hào)，將該模擬信號(hào)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(guò)RS232串口通信將角度值傳送給PC端進(jìn)行下一步實(shí)時(shí)顯示存儲(chǔ)等處理。

更進(jìn)一步的，在測(cè)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(cè)量開(kāi)始的時(shí)候校正傳感器，后期數(shù)據(jù)處理時(shí)取平均值，提高數(shù)據(jù)精度，由于兩個(gè)雙軸角度傳感器垂直放置，且每個(gè)傳感測(cè)出的兩個(gè)方向相互垂直，雙軸角度傳感器1在X方向測(cè)出的值和雙軸角度傳感器2在X₁方向測(cè)出的值相同，雙軸角度傳感器2在Y方向測(cè)出的值和雙軸角度傳感器1在Y₁方向測(cè)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(duì)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(huì)使頻率固定，但使用模擬輸出數(shù)模轉(zhuǎn)化時(shí)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(jī)端直接完成對(duì)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(cè)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(cè)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(jì)算出物體真實(shí)旋轉(zhuǎn)角度值，再對(duì)其取n個(gè)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(guò)RS232串口通信傳入上位機(jī)。

更進(jìn)一步的，所述的DSP模塊由TI公司出產(chǎn)，擁有150MHz的時(shí)鐘、串口通信和中斷處理模塊，利用DSP的高速運(yùn)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(lái)的很多數(shù)據(jù)。

更進(jìn)一步的，上位機(jī)在接收到旋轉(zhuǎn)角度數(shù)值后會(huì)在程序上實(shí)時(shí)顯示角度-時(shí)間的二維坐標(biāo)圖像，上位機(jī)程序使用C#語(yǔ)言編寫(xiě)，調(diào)用excel可直接對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)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(duì)旋轉(zhuǎn)物體進(jìn)行測(cè)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(lái)的誤差。

(2)、本發(fā)明采用兩個(gè)垂直放置的雙軸角度傳感器，在開(kāi)始測(cè)量時(shí)先對(duì)傳感器進(jìn)行校正，在數(shù)據(jù)處理時(shí)對(duì)兩個(gè)雙軸角度傳感器的測(cè)量值進(jìn)行平均處理，提高了測(cè)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(jī)DSP做，減輕了上位機(jī)工作負(fù)擔(dān)，有效提高了工作效率。

附圖說(shuō)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(cè)量系統(tǒng)測(cè)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(cè)量系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)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(cè)量方法，具體步驟如下：

步驟一：將兩個(gè)雙軸角度傳感器按照?qǐng)D1所示安裝在被測(cè)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(guò)外置架子來(lái)保證垂直，然后觀察顯示箱體上數(shù)碼管顯示的兩個(gè)雙軸角度傳感器的輸出讀數(shù)，當(dāng)兩個(gè)雙軸角度傳感器的對(duì)應(yīng)方向讀數(shù)相等時(shí)兩個(gè)雙軸角度傳感器初始對(duì)準(zhǔn)成功；

步驟二：將兩個(gè)雙軸角度傳感器輸出的4路模擬信號(hào)接收至ADC進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)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(gè)角度傳感器對(duì)應(yīng)測(cè)量方向的值進(jìn)行平均得到兩組兩個(gè)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(jì)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(jī)的這組角度值；

步驟三：上位機(jī)接收到角度值后，再用C#語(yǔ)言編寫(xiě)的上位機(jī)程序上以角度—時(shí)間的二位坐標(biāo)圖實(shí)時(shí)顯示，并將數(shù)據(jù)以excel格式保存在上位機(jī)硬盤(pán)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(cè)量系統(tǒng)測(cè)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(huì)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(cè)量出物體繞兩個(gè)相互垂直方向的轉(zhuǎn)軸的夾角，α₁角即角DBA為測(cè)量出的一個(gè)方向的夾角，α₂角即角DCA為測(cè)量出的第二個(gè)方向的夾角，三角形DBC為直角三角形。直線(xiàn)AD是從D點(diǎn)出發(fā)垂直于平面ABC的垂線(xiàn)，DH時(shí)三角形BC的高。角度α即角DHA為該物體真實(shí)旋轉(zhuǎn)角度，現(xiàn)在已知雙軸角度傳感器測(cè)出的兩個(gè)垂直方向的角，α₁和α₂，求物體旋轉(zhuǎn)的真實(shí)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(cè)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(xiàn)平行于物體旋轉(zhuǎn)軸，可以從雙軸角度傳感器測(cè)量出的兩個(gè)垂直方向的角度恢復(fù)出物體旋轉(zhuǎn)的真實(shí)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(cè)量系統(tǒng)能夠達(dá)到較高測(cè)量精度，且實(shí)施方便，能夠有效的減小旋轉(zhuǎn)軸平行于水平面的角度測(cè)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)。