一种多传感器协同的数字倾角测量系统的倾角测量方法

摘要

本发明公开了一种多传感器协同的数字倾角测量系统及倾角测量方法，其特征是数字倾角测量系统的结构组成包括有：五个输出脉宽占空比信号的加速度计、信号调理电路、微处理器、用于实时显示倾角测量结果的输出显示模块以及电源模块；五个加速度计呈扇形展开布置；以信号调理电路对加速度计输出的脉宽占空比信号进行放大和滤波；以微处理器采集各加速度计输出的脉宽占空比信号，依据各加速度计与水平面间的夹角和各加速度计之间的几何约束关系获得被测平面与水平面间的夹角。本发明多传感器协同的数字倾角测量系统，其测量有效范围为0～360°，精度高，测量误差＜0.15°，在整个测量范围内稳定性好，且具有一定的动态测量功能。

主权项

1.一种多传感器协同的数字倾角测量系统的倾角测量方法，所述数字倾角测量系统的结构组成包括有：五个输出脉宽占空比信号的加速度计、信号调理电路、微处理器、用于实时显示倾角测量结果的输出显示模块以及电源模块；其中：所述五个加速度计分别为第一加速度计、第二加速度计、第三加速度计、第四加速度计和第五加速度计，五个加速度计呈扇形展开布置；其中，第三加速度计与被测平面间夹角为0°、第二加速度计和第四加速度计与被测平面间夹角分别为±30°、第一加速度计和第五加速度计与被测平面间夹角分别为±60°；所述信号调理电路，用于对所述加速度计输出的脉宽占空比信号进行放大和滤波；所述微处理器，用于采集所述各加速度计输出的脉宽占空比信号，通过所述各加速度计输出的脉宽占空比信号分别获得各加速度计与水平面间的夹角，依据所述各加速度计与水平面间的夹角和各加速度计之间的几何约束关系计算获得被测平面与水平面间的夹角；其特征是：定义：置信区间，是以水平面为基准的[-30°，30°]范围，加速度计在所述置信区间内测量的与水平面的夹角是可信的；置信传感器，是位于所述置信区间内的加速度计；惟一置信传感器，是与水平面的夹角最接近零度的加速度计；所述惟一置信传感器所处象限有两种可能，一种是处于第I或第IV象限中，另一种是处于第II或第III象限中；所述惟一置信传感器所处象限按以下方式判定：假设：第一加速度计、第二加速度计、第三加速度计、第四加速度计和第五加速度计与水平面的夹角依次为θ₁，θ₂，…，θ₅，其中第i加速度计(i∈[1，2，…，5])为惟一置信传感器，当i为1、2、3或4时，所述惟一置信传感器与水平面间的夹角为θ_i；第i+1个加速度计与水平面的夹角为θ_i+1，若θ_i＞θ_i+1，则所述惟一置信传感器处在第I或第IV象限中，反之则处在第II或第III象限中；当i为5时，所述惟一置信传感器与水平面的夹角为θ₅，第四加速度计与水平面之间的夹角为θ₄，若θ₅＜θ₄，则所述惟一置信传感器处在第I或第IV象限中，反之则处在第II或第III象限中；所述测量方法按如下步骤进行：假设：第i加速度计(i∈[1，2，…，5])为惟一置信传感器，惟一置信传感器与水平面的夹角为θ_i，惟一置信传感器所在象限为Q_i，根据各加速度计与被测平面的几何约束关系，按以下公式计算被测平面的倾角α：α∈[-90°，+90°]，倾角输出范围应为0～360°，修正公式为：修正后的α即为被测平面倾角。