一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法与流程

1.本发明涉及误差计算与补偿领域，尤其是指一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法。


背景技术：

2.随着工业自动化的快速发展，倾角监测越发成为现代工业生产过程中生产效率、生产质量、生产安全的重要保障因素之一。倾角监测广泛应用于桥梁架设、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。因此，倾角监测系统在上述领域的倾角监测过程中成为不可或缺的生产保障工具。
3.双轴倾角监测系统通常采用两个单轴倾角传感器垂直安装，组成双轴倾角监测系统；亦或是直接采用双轴倾角传感器，而双轴倾角传感是在传感器内部垂直装配了两个单轴倾角测量设备(mems芯片或其他测量单元)。原理上都是需要将两个单轴垂直安装。
4.然而，无论是工业现场搭建的双轴倾角监测系统，亦或是双轴倾角传感器。两个单轴之间都很难做到百分之百的垂直，以及和测量方向完全平行。一旦两个单轴不能做到绝对的垂直，那么当一个轴发生角度倾斜时，另一个轴即使没有发生角度倾斜，双轴监测系统读出的数据也会出现一定的倾斜角度。这个就被定义为横向误差。
5.横向误差的大小取决于两个单轴的之间的垂直度。绝对垂直时，横向误差为零。垂直度越差，横向误差越大，系统的测量精度也就越低。
6.在双轴倾角传感器出厂时，有些厂家会利用自动标定系统对传感器进行绝对值标定，从而消除一定的横轴误差，提高传感器的精度。但是，此方案要求标定系统自身尽可能的做到绝对垂直，否则，反而会引入更大的误差。并且，该方案仅限于双轴传感器自身，对于工业现场搭建的双轴倾角监测系统没法使用。


技术实现要素：

7.本发明是为了克服现有技术的双轴倾角监测系统两个单轴之间很难做到百分之百的垂直从而产生横向误差的问题，提供一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法。
8.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法，包括以下步骤：s1：现场搭建双轴倾角监测系统；s2：测量双轴倾角监测系统的偏移角度；s3：读取双轴倾角监测系统的倾角值；s4：根据公式计算横向误差；s5：用s3读取的倾角值减去s4计算出的横向误差得到实际的倾角值。本发明通过建立数学模型，推导出一组角度补偿公式，然后结合系统测量的倾角数据和系统的偏移角数据，根据对应的公式，计算出横向误差角度，对倾角数据进行补偿，从而补偿双轴之间由于不能做到完全垂直带来的横向误差，大大提高了双轴倾角监测系统的测量精度。
10.作为本发明的优选方案，所述s2具体步骤为：使用角度尺或角度测量仪分别测量出双轴倾角监测系统的x0轴与理论要监测的x轴存在的偏移角度双轴倾角监测系统的
y0轴与理论要监测的y轴存在的偏移角度
11.作为本发明的优选方案，所述s3具体步骤为：在双轴倾角监测系统上分别读取x0轴的倾角值y0轴的倾角值
12.作为本发明的优选方案，所述s4中计算横向误差的公式为：
[0013][0014]
其中，c为横向误差值，a为偏移角度，b为倾角值。本发明无需复杂测绘以及校准，直接利用推算得出的计算公式，带入相关数据进行计算，即可得到横向误差值，消除横向误差。
[0015]
作为本发明的优选方案，所述s4具体为：计算x轴的横向误差值：将双轴倾角监测系统的x0轴与理论要监测的x轴存在的偏移角度y0轴的倾角值带入计算公式中，求解计算出x轴的横向误差值c
x
；计算y轴的横向误差值：将双轴倾角监测系统的y0轴与理论要监测的y轴存在的偏移角度x0轴的倾角值带入计算公式中，求解计算出y轴的横向误差值cy。
[0016]
作为本发明的优选方案，所述s5具体为：计算实际x轴的倾角值：x0轴的倾角值减去x轴的横向误差值c
x
；计算实际y轴的倾角值：y0轴的倾角值减去y轴的横向误差值cy。
[0017]
因此，本发明具有以下有益效果：本发明通过建立数学模型，推导出一组角度补偿公式，然后结合系统测量的倾角数据和系统的偏移角数据，根据对应的公式，计算出横向误差角度，对倾角数据进行补偿，从而补偿双轴之间由于不能做到完全垂直带来的横向误差，大大提高了双轴倾角监测系统的测量精度；本发明无需复杂测绘以及校准，直接利用推算得出的计算公式，带入相关数据进行计算，即可得到横向误差值，消除横向误差。
附图说明
[0018]
图1是本发明的流程图；
[0019]
图2是本发明的横向误差数学模型。
具体实施方式
[0020]
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
[0021]
如图1所示，为本发明的一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法，通过建立如图2所示的数学模型，推导出一组角度补偿公式，然后结合系统测量的倾角数据和系统的偏移角数据，根据对应的公式，计算出横向误差角度，对倾角数据进行补偿，从而补偿双轴之间由于不能做到完全垂直带来的横向误差，大大提高了双轴倾角监测系统的测量精度。
[0022]
如图2所示，定义直线(oa)位于x轴，直线(ob)位于y轴，x轴于y轴互相垂直。直线(oc)与直线(ob)为双轴倾角监测系统实际安装的双轴，直线(oc)与直线(oa)之间的夹角为角度(a)；假设y轴转动角度(b)，即直线(ob0)与直线(ob)之间的夹角。那么，直线(oc)跟随着移动到直线(oc0)位置，直线(oc)与直线(oc0)之间的夹角为角度(c)，即产生的横向误差。
[0023]
令，oa＝ob＝1；则，
[0024]
根据三角形正弦定理，可建立如下等式：
[0025][0026][0027][0028]
因为等腰三角形(acc0)和等腰三角形(abb0)，得到
[0029][0030]
由等式1，可推导出
[0031][0032]
由等式2和等式3，可推导出
[0033][0034][0035]
最后，带入等式4中，得到
[0036][0037]
其中，c为横向误差值，a为偏移角度，b为倾角值。
[0038]
在施工现场搭建好双轴倾角监测系统之后，通过相关计量工具，如角度尺或角度测量仪，对双轴倾角监测系统的x0轴与理论要监测的x轴存在的偏移角度和y0轴与理论要监测的y轴存在的偏移角度进行测量，然后从双轴倾角监测系统上读取x0轴的倾角值和y0轴的倾角值在此实施例中，x0轴与理论要监测的x轴存在的偏移角度为1
°
，y0轴与理论要监测的y轴存在的偏移角度为-2
°
，x0轴与理论要监测的x轴存在的偏移角度可以是正偏移角度值，也可以是负偏移角度值，正负根据具体建立的双轴倾角监测系
统的坐标系决定，双轴倾角监测系统上读取x0轴的倾角值为15
°
，双轴倾角监测系统上读取的y0轴的倾角值为10
°
，将x0轴与理论要监测的x轴存在的偏移角度与双轴倾角监测系统上读取的y0轴的倾角值带入到(等式8)中，通过计算得到x轴的横向误差值c
x
≈0.1743
°
，最后用x0轴的倾角值减去x轴的横向误差值c
x
，即15
°‑
0.1743
°
＝14.8257
°
为x轴实际的倾角值；同理，将y0轴与理论要监测的y轴存在的偏移角度双轴倾角监测系统上读取的x0轴的倾角值带入到(等式8)中，通过计算即可得到y轴的横向误差值，最后用y0轴的倾角值减去y轴的横向误差值即可得到y轴实际的倾角值。
[0039]
最终，双轴倾角监测系统得到的倾角值的横轴误差趋于零。
[0040]
本发明方法不仅限于双轴倾角监测系统，在双轴倾角传感器的开发生产过程中，亦十分有效。例如，数字输出型双轴倾角传感器，完全可以在最终输出角度数值前，利用(等式8)，关联各自的读数，进行横向误差的消除，再输出最终的双轴数值。
[0041]
本发明通过建立数学模型，推导出一组角度补偿公式，然后结合系统测量的倾角数据和系统的偏移角数据，根据对应的公式，计算出横向误差角度，对倾角数据进行补偿，从而补偿双轴之间由于不能做到完全垂直带来的横向误差，大大提高了双轴倾角监测系统的测量精度。
[0042]
本发明无需复杂测绘以及校准，直接利用推算得出的计算公式，带入相关数据进行计算，即可得到横向误差值，消除横轴误差。
[0043]
在双轴倾角传感器中也可以使用该方法来消除传感器出厂前的横轴误差，无需复杂的双轴标定校准系统，减少传感器的开发及生产成本。
[0044]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法，其特征是，包括以下步骤：s1：现场搭建双轴倾角监测系统；s2：测量双轴倾角监测系统的偏移角度；s3：读取双轴倾角监测系统的倾角值；s4：根据公式计算横向误差；s5：用s3读取的倾角值减去s4计算出的横向误差得到实际的倾角值。2.根据权利要求1所述的一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法，其特征是，所述s2具体步骤为：使用角度尺或角度测量仪分别测量出双轴倾角监测系统的x0轴与理论要监测的x轴存在的偏移角度双轴倾角监测系统的y0轴与理论要监测的y轴存在的偏移角度3.根据权利要求1或2所述的一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法，其特征是，所述s3具体步骤为：在双轴倾角监测系统上分别读取x0轴的倾角值y0轴的倾角值4.根据权利要求1所述的一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法，其特征是，所述s4中计算横向误差的公式为：其中，c为横向误差值，a为偏移角度，b为倾角值。5.根据权利要求3所述的一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法，其特征是，所述s4具体为：计算x轴的横向误差值：将双轴倾角监测系统的x0轴与理论要监测的x轴存在的偏移角度y0轴的倾角值带入计算公式中，求解计算出x轴的横向误差值c
x
；计算y轴的横向误差值：将双轴倾角监测系统的y0轴与理论要监测的y轴存在的偏移角度x0轴的倾角值带入计算公式中，求解计算出y轴的横向误差值c
y
。6.根据权利要求5所述的一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法，其特征是，所述s5具体为：计算实际x轴的倾角值：x0轴的倾角值减去x轴的横向误差值c
x
；计算实际y轴的倾角值：y0轴的倾角值减去y轴的横向误差值c
y
。

技术总结
本发明公开了一种双轴倾角监测系统的横向误差补偿方法，包括以下步骤：S1：现场搭建双轴倾角监测系统；S2：测量双轴倾角监测系统的偏移角度；S3：读取双轴倾角监测系统的倾角值；S4：根据公式计算横向误差；S5：用S3读取的倾角值减去S4计算出的横向误差得到实际的倾角值。本发明通过建立数学模型，推导出一组角度补偿公式，然后结合系统测量的倾角数据和系统的偏移角数据，根据对应的公式，计算出横向误差角度，对倾角数据进行补偿，从而补偿双轴之间由于不能做到完全垂直带来的横向误差，大大提高了双轴倾角监测系统的测量精度。了双轴倾角监测系统的测量精度。了双轴倾角监测系统的测量精度。


技术研发人员：程鑫 何建武 苏修武 张浩 陈贤辉 孙丰诚 倪军
受保护的技术使用者：杭州安脉盛智能技术有限公司
技术研发日：2021.11.16
技术公布日：2022/5/25