一种无线太阳能低功耗倾角仪系统

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种无线太阳能低功耗倾角仪系统。

背景技术

倾角传感器又称作倾斜仪、测斜仪、水平仪、倾角计，经常用于系统的水平角度变化测量，水平仪从过去简单的水泡水平仪到现在的电子水平仪是自动化和电子测量技术发展的结果。作为一种检测工具,它已成为桥梁架设、铁路铺设、土木工程、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可缺少的重要测量工具。电子水平仪是一种非常精确的测量小角度的检测工具，用它可测量被测平面相对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度。

现有的倾角仪理论基础是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分算出线速度，进而可以计算出直线位移，所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。

一般意义上的倾角传感器是静态测量或者准静态测量，一旦有外界加速度，那么加速度芯片测出来的加速度就包含外界加速度，故而计算出来的角度就不准确了，且极易发生冲程，使加速度传感器损坏，且测量时需要进行实时测量，功耗较大，且测量精度受到安装、外部环境的影响较大，。

为了改善倾角仪的测量准确度和稳定性以及功耗大的问题，本申请提出一种非基于加速度原理的无线太阳能低功耗的倾角仪系统。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有技术倾角传感器测量精度不高、受安装、环境影响较大且功耗大的问题，而提出的一种无线太阳能低功耗倾角仪系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种无线太阳能低功耗倾角仪系统，包括检测单元、信号传输单元、数据分析单元、显示单元、供电单元，所述检测单元包括两端封闭的圆管和多个对称设置在圆管内壁的限位槽，所述限位槽内限位有阻隔板，所述圆管内盛装有密度大于阻隔板的透明流体，所述圆管上端封口处透明，且在所述圆管上端封口上方设置有光电检测板，所述光电检测板上设置有与限位槽位置对应的激光传感器以检测阻隔板与激光传感器之间的距离，检测的距离点为D

所述距离点通过信号传输单元传输到数据分析单元，取所述圆管上端封口面为基准面，以任一两个对称点作为初始点，连线构建XY轴，以圆管轴线构建Z轴，所述数据分析单元对流体液位面构建坐标点云集，每个点的坐标为（rsinNα,rcosNα,D

其中r为每个测量点到圆管中心轴线的距离，Nα为第N个测量点与初始点连线的夹角；

任一取两个对称的坐标点，确定方向轴，根据线投影法确定方向轴倾角θ;

任一取三个坐标点，根据面投影法确定流体液位面与基准面的夹角β。

作为上述技术方案的进一步描述：

多次不重复取三个坐标点，根据投影法确定流体液位面与基准面的夹角β，并求平均值。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述光电检测板内设置有振动开关，当所述振动开关触发时，激光传感器启动进行第一次测距完成初始状态流体液位面倾角测量，当所述振动开关触发完全停止后，激光传感器启动再次进行测距完成流体稳态下的液位面倾角测量。

作为上述技术方案的进一步描述：

对所述振动开关每次振动时测量的流体液位面倾角，取差值，得到倾角变化量。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述信号传输单元采用NB-IOT无线通信，且所述光电检测板一侧设置有天线用以无线信号发送。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述供电单元采用太阳能板，所述太阳能板设置于光电检测板上方。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述显示单元用以显示流体液面倾角变化状态及对应的倾角值。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述流体盛装体积为圆管容量的1/3～2/3。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述圆管下封闭端面固定有安装板，用以将圆管安装于被测物体。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述圆管上下封闭端面均与安装板平行。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述螺纹柱的外表面螺纹连接有螺纹帽，螺纹帽的正面和背面均通过连接板固定连接有第二滑块，第二滑块滑动连接在第二滑槽内，两个第二滑槽分别开设在壳体内壁的正面和背面，所述连接板的左侧面固定连接有L形板，每上下两个L形板对称设置，且L形板位于限位孔内。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过两个对称坐标点的方向倾角，如果将两个对称坐标点连线与被测物体的转动轴线保持一致，则θ即为被测物体的转动倾角，如果该两个对称坐标点连线不与转动轴线一致，则θ即为改方向轴上的转动角，从而可以精确测量出某一方向量的倾角分量，例如应用在不确定方向的角度变化测量，数据测量适应性更强，克服了目前加速度传感器只能测极轴方向倾角值的缺陷；

2、本发明中，通过多个液位面上的坐标点构建平面，根据投影法可以精确测算出倾角值，不受环境和安装工艺的影响，且测量过程能耗低，可长时间稳定使用；

3、本发明中，通过在光电检测板内设置有振动开关，当振动开关触发时，激光传感器启动进行第一次测距完成初始状态流体液位面倾角测量，当振动开关触发完全停止后，激光传感器启动再次进行测距完成流体稳态下的液位面倾角测量，振动开关选择灵敏度较高的，从而使得每次测量的测量的倾角值始终为流体液面的稳态值，对振动开关每次振动时测量的流体液位面倾角，取差值，得到准确的倾角变化量，测量能耗低，适用性强，且不会受到摆动速度的影响。

附图说明

图1本发明提出的一种无线太阳能低功耗倾角仪系统中倾角仪的结构示意图；

图2为本发明提出的一种无线太阳能低功耗倾角仪系统单元模块示意图；

图3为本发明提出的一种无线太阳能低功耗倾角仪系统中圆管的横向剖面示意图；

图4为本发明提出的一种无线太阳能低功耗倾角仪系统中圆管内部结构示意图；

图5为本发明提出的一种无线太阳能低功耗倾角仪系统中流体液位面状态图；

图6为本发明提出的一种无线太阳能低功耗倾角仪系统中坐标点示意图；

图7为本发明实施例1投影法对称坐标点确定倾角示意图；

图8为本发明实施例2投影法测流体液位面倾角示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-5，一种无线太阳能低功耗倾角仪系统，包括检测单元1、信号传输单元2、数据分析单元3 、显示单元4、供电单元5，检测单元1包括两端封闭的圆管101和多个对称设置在圆管101内壁的限位槽102，限位槽102内限位有阻隔板103，圆管101内盛装有密度大于阻隔板103的透明流体104，流体104盛装体积为圆管101容量的1/3～2/3,圆管101上端封口处透明，且在圆管101上端封口上方设置有光电检测板105，光电检测板105上设置有与限位槽102位置对应的激光传感器以检测阻隔板103与激光传感器之间的距离，检测的距离点为D

参考图6， 当本实施例的倾角仪安装在被测物体时，被测物体倾斜，流体104 在稳态下始终水平，此时必然和被测物体产生倾角，取圆管101上端封口面为基准面，以任一两个对称点作为初始点，连线构建XY轴，以圆管101轴线构建Z轴，数据分析单元3对流体104液位面构建坐标点云集，每个点的坐标为（rsinNα,rcosNα,D

其中r为每个测量点到圆管101中心轴线的距离，Nα为第N个测量点与初始点连线的夹角；

参考图7，任一取两个对称的坐标点，确定方向轴，两个坐标点的高度差为

根据上述测量的两个对称坐标点的方向倾角，如果将两个对称坐标点连线与被测物体的转动轴线保持一致，则θ即为被测物体的转动倾角，如果该两个对称坐标点连线不与转动轴线一致，则θ即为改方向轴上的转动角，从而可以精确测量出某一方向量的倾角分量，例如应用在不确定方向的角度变化测量，数据测量适应性更强，克服了目前加速度传感器只能测极轴方向倾角值的缺陷。

实施例2

参考图8，在实施例1的基础上，任一取三个坐标点(A、B、C),根据面投影法,平面上和投影面倾角最大的直线，称为该平面对某投影面的最大斜度线,在ABC平面上，过A点所作的直线中，以垂直于水平线的直线AK对基准面H面的倾角最大，直线AK就是ABC平面对H面的最大倾度线，而β是ABC平面和基准面H面构成的二面角的平面角，也就是ABC平面对H面的倾角，其中ABC平面均采样于流体液位面上的点，根据三点确定一平面，ABC平面即为流体液位面，从而根据投影法算出倾角β值。

为了提高倾角的计算精度，多次不重复取三个坐标点，根据投影法确定流体104液位面与基准面的夹角β，并求平均值，进一步精确确定流体104液位面与基准面的夹角β。

实施例3

在实施例1和2的基础上，为了使测量的倾角值始终为流体液面的稳态值，在光电检测板105内设置有振动开关，当振动开关触发时，激光传感器启动进行第一次测距完成初始状态流体104液位面倾角测量，当振动开关触发完全停止后，激光传感器启动再次进行测距完成流体104稳态下的液位面倾角测量，振动开关选择灵敏度较高的，最好能够和流体的振动特性一致，从而使得每次测量的测量的倾角值始终为流体液面的稳态值，对振动开关每次振动时测量的流体104液位面倾角，取差值，得到倾角变化量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。