一種高精度傾角儀及智能溫補(bǔ)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及傾角測(cè)量或傾角監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體是涉及一種高精度傾角儀及智能溫補(bǔ) 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界已經(jīng)逐步進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。傳感器是獲取自然和工程 領(lǐng)域中各種信息的主要途徑與技術(shù)手段，其性能好壞直接關(guān)系到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí) 性。傾角儀作為一種測(cè)量?jī)A角的傳感器，在機(jī)械、土木及各種工程中應(yīng)用非常廣泛。
[0003] 傾角儀中的傾角測(cè)量芯片所使用材料有其特定的溫度性質(zhì)，因此傾角儀在正常工 作時(shí)，會(huì)受到內(nèi)部電路產(chǎn)生的熱量和外部氣溫變化的影響，也會(huì)受到封裝結(jié)構(gòu)和材料的影 響，直接反映為傾角測(cè)量數(shù)據(jù)的溫度漂移，簡(jiǎn)稱溫漂。申請(qǐng)?zhí)枮?01220432150. 6的中國(guó)實(shí) 用新型專利《高精度帶溫補(bǔ)傾角模塊》提出：將傾角傳感器和溫度傳感器用隔熱材料封閉起 來(lái)，然后人為進(jìn)行溫補(bǔ)試驗(yàn)，以達(dá)到克服溫漂的目的。
[0004] 然而，若要人為對(duì)高靈敏度的傾角儀進(jìn)行精確的溫補(bǔ)，需要非?？量痰脑囼?yàn)環(huán)境： 既要考慮升溫，又要盡量避免產(chǎn)生溫補(bǔ)環(huán)境微震或氣流流動(dòng)，溫補(bǔ)工作量較大。
[0005] 另外，為了避免傾角儀從啟動(dòng)到正常工作之前產(chǎn)生溫漂，傾角儀從啟動(dòng)到正常工 作之前需要預(yù)熱一段時(shí)間，這占用了一定的工作時(shí)間，導(dǎo)致工作效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種高精度傾角儀及智能溫 補(bǔ)系統(tǒng)，能夠降低傾角儀正常工作時(shí)對(duì)溫補(bǔ)環(huán)境的要求，提高溫補(bǔ)精度并減少溫補(bǔ)工作量， 減少傾角儀從啟動(dòng)到正常工作之前的預(yù)熱時(shí)間，有效提高工作效率。
[0007] 本發(fā)明提供一種高精度傾角儀，該傾角儀包括傾角測(cè)量芯片和智能溫補(bǔ)系統(tǒng)，當(dāng) 傾角測(cè)量芯片內(nèi)部集成有溫度測(cè)量器件時(shí)，所述智能溫補(bǔ)系統(tǒng)包括微控制器、制熱片、制冷 片；當(dāng)傾角測(cè)量芯片內(nèi)部未集成有溫度測(cè)量器件時(shí)，所述智能溫補(bǔ)系統(tǒng)包括微控制器、制熱 片、制冷片、溫度傳感器，溫度傳感器置于傾角測(cè)量芯片的側(cè)邊；
[0008] 微控制器控制制熱片、制冷片的啟動(dòng)/停止、功率的分級(jí)加載/卸載，獲取溫漂數(shù) 組：
[0009] 微控制器預(yù)先設(shè)定傾角儀溫補(bǔ)過(guò)程中的溫補(bǔ)上限溫度Τ±κ、溫補(bǔ)下限溫度T tk ; 傾角儀固定在混凝土隔震試驗(yàn)臺(tái)上；傾角儀正常工作一段時(shí)間至其內(nèi)部溫度和傾角讀數(shù)穩(wěn) 定時(shí)，微控制器控制傾角儀將當(dāng)前傾角讀數(shù)自動(dòng)置零；
[0010] 微控制器啟動(dòng)制冷片，制冷片分級(jí)進(jìn)行功率加載，每級(jí)加載至傾角儀內(nèi)部達(dá)到熱 平衡，即傾角儀內(nèi)部的溫度和溫漂數(shù)據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)均穩(wěn)定，制冷片才進(jìn)行下一級(jí)功率加 載，直至傾角儀內(nèi)部的溫度降至Ttk以下時(shí)，制冷片才停止加載功率，并開始分級(jí)進(jìn)行功率 卸載，同時(shí)微控制器開始以一定頻率采集溫度數(shù)據(jù)和溫漂數(shù)據(jù)，自動(dòng)保存在微控制器的存 儲(chǔ)器內(nèi)，且每級(jí)卸載過(guò)程中采集的數(shù)據(jù)保存為一組，每級(jí)卸載至傾角儀內(nèi)部達(dá)到熱平衡，制 冷片才進(jìn)行下一級(jí)功率卸載，直至制冷片的功率卸載到零；
[0011] 在傾角儀內(nèi)部達(dá)到熱平衡后，微控制器啟動(dòng)制熱片，制熱片分級(jí)進(jìn)行功率加載，每 級(jí)加載至傾角儀內(nèi)部達(dá)到熱平衡之后，制熱片才進(jìn)行下一級(jí)功率加載，在上述過(guò)程中微控 制器繼續(xù)采集溫度數(shù)據(jù)和溫漂數(shù)據(jù)，自動(dòng)保存在微控制器的存儲(chǔ)器內(nèi)，且每級(jí)加載過(guò)程中 采集的數(shù)據(jù)保存為一組，直至傾角儀內(nèi)部的溫度升到τ ±κ時(shí)，制熱片停止工作，同時(shí)微控制 器停止記錄溫度數(shù)據(jù)和溫漂數(shù)據(jù)；
[0012] 微控制器對(duì)自動(dòng)分組保存在微控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：
[0013] 微控制器從保存的多組數(shù)據(jù)中，提取每組中最后穩(wěn)定的溫度值和溫漂值，作為該 組的溫漂數(shù)據(jù)，保存在溫漂數(shù)組中，溫漂數(shù)組中有若干列數(shù)據(jù)，η為溫漂數(shù)組的總列數(shù)，m為 溫漂數(shù)組中列的序號(hào)，n、m均為正整數(shù)，且4 < m < η ;溫漂數(shù)組中第m列的溫度值為T111，溫 漂數(shù)組中第m列的溫漂值為Dni，溫漂數(shù)組中第η列的溫度值為T n，溫漂數(shù)組中第η列的溫漂 值為Dn;
[0014] 在使用傾角儀時(shí)，微控制器自動(dòng)完成溫補(bǔ)：
[0015] 使用傾角儀測(cè)量?jī)A角時(shí)，人工將傾角儀的讀數(shù)置零，同時(shí)記錄置零時(shí)的溫度Τ。，Τ。 為此次測(cè)量的零漂溫度，T下限< T0< T上限；
[0016] 測(cè)量一段時(shí)間后，傾角儀的當(dāng)前傾角讀數(shù)為Ax，溫度傳感器記錄傾角儀內(nèi)部的當(dāng) 前溫度為T x，傾角儀在當(dāng)前溫度Tx下相對(duì)于零漂溫度T。發(fā)生的溫漂值為D χ。，微控制器通過(guò) 數(shù)據(jù)插值方法，結(jié)合溫漂數(shù)組，計(jì)算出溫漂值Dx。；
[0017] 微控制器再根據(jù)以下公式計(jì)算真實(shí)傾角測(cè)量值A(chǔ)raal:A ^1= Ax- Dx。，向外輸出真 實(shí)傾角測(cè)量值A(chǔ)raal。
[0018] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述微控制器計(jì)算溫漂值Dx。的公式為：
[0020] 其中，X、k、k-l、j、j-Ι均為溫漂數(shù)組中列的序號(hào)，X、k、k-l、j、j-Ι均為正整數(shù)，溫 漂數(shù)組中第χ列中的溫度值為Tx，溫漂數(shù)組中第χ列中的溫漂值為Dx;溫漂數(shù)組中第k列中 的溫度值為Tk，溫漂數(shù)組中第k列中的溫漂值為Dk;溫漂數(shù)組中第k-Ι列中的溫度值為T k i， 溫漂數(shù)組中第k-1列中的溫漂值為Dk 1;溫漂數(shù)組中第j列中的溫度值為T ,，溫漂數(shù)組中第 j列中的溫漂值為D];溫漂數(shù)組中第j-Ι列中的溫度值為T , i，溫漂數(shù)組中第j-Ι列中的為 溫漂值Dj 1;
[0021] Tx對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)列為（Tkl、Dkl)和（Tk、D k)，這兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)列的線性插值 點(diǎn)為Dx;
[0022] 當(dāng)T下限< Tx< T上限時(shí)，兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)列（Tk Jk J和（Tk、Dk)的溫度值滿足條件： K K Tk^T x< Ttk時(shí)，兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)列（Tk η Dk J和（Tk、Dk)取最前兩列數(shù)據(jù)；當(dāng) Tx> Τ±κ時(shí)，兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)列（Tk i、Dk D和（Tk、Dk)取最后兩列數(shù)據(jù)；
[0023] 零漂溫度T。對(duì)應(yīng)的溫漂數(shù)組中兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)列為（T , pD, J和（TpD,)，這兩個(gè)相 鄰數(shù)據(jù)列的線性插值點(diǎn)為D。，這兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)列中的溫度值滿足條件：T, TT
[0024] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述微控制器通過(guò)分段三次埃爾米特Hermite插值方 法，結(jié)合溫漂數(shù)組，計(jì)算出溫漂值D x。。
[0025] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述微控制器獲取溫漂數(shù)組的過(guò)程中，外部環(huán)境的溫 度在-KTC~35°C之間。
[0026] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述制冷片分5~20級(jí)進(jìn)行功率加載或卸載。
[0027] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述制冷片分10級(jí)進(jìn)行功率加載或卸載。
[0028] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述傾角儀內(nèi)部達(dá)到熱平衡是指：傾角儀內(nèi)部的溫度 和溫漂數(shù)據(jù)在1~2分鐘內(nèi)均穩(wěn)定。
[0029] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述微控制器以0. 2~IHZ的頻率采集溫度數(shù)據(jù)和溫 漂數(shù)據(jù)。
[0030] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述微控制器以0. 4HZ的頻率采集溫度數(shù)據(jù)和溫漂數(shù) 據(jù)。
[0031] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述制熱片分級(jí)進(jìn)行功率加載或卸載時(shí)，制熱片分級(jí) 的數(shù)量與制冷片分級(jí)的數(shù)量相同。
[0032] 本發(fā)明還提供一種高精度傾角儀的智能溫補(bǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)位于傾角儀內(nèi)部，傾角 儀還包括傾角測(cè)量芯片，當(dāng)傾角測(cè)量芯片內(nèi)部集成有溫度測(cè)量器件時(shí)，所述智能溫補(bǔ)系統(tǒng) 包括微控制器、制熱片、制冷片；當(dāng)傾角測(cè)量芯片內(nèi)部未集成有溫度測(cè)量器件時(shí)，所述智能 溫補(bǔ)系統(tǒng)包括微控制器、制熱片、制冷片、溫度傳感器，溫度傳感器置于傾角測(cè)量芯片的側(cè) 邊；
[0033] 微控制器控制制熱片、制冷片的啟動(dòng)/停止、功率的分級(jí)加載/卸載，獲取溫漂數(shù) 組：
[0034] 微控制器預(yù)先設(shè)定傾角儀溫補(bǔ)過(guò)程中的溫補(bǔ)上限溫度Τ±κ、溫補(bǔ)下限溫度Ttk ; 傾角儀固定在混凝土隔震試驗(yàn)臺(tái)上；傾角儀正常工作一段時(shí)間至其內(nèi)部溫度和傾角讀數(shù)穩(wěn) 定時(shí)，微控制器控制傾角儀將當(dāng)前傾角讀數(shù)自動(dòng)置零；
[0035] 微控制器啟動(dòng)制冷片，制冷片分級(jí)進(jìn)行功率加載，每級(jí)加載至傾角儀內(nèi)部達(dá)到熱 平衡，即傾角儀內(nèi)部的溫度和溫漂數(shù)據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)均穩(wěn)定，制冷片才進(jìn)行下一級(jí)功率加 載，直至傾角儀內(nèi)部的溫度降至Ttk以下時(shí)，制冷片才停止加載功率，并開始分級(jí)進(jìn)行功率 卸載，同時(shí)微控制器開始以一定頻率采集溫度數(shù)據(jù)和溫漂數(shù)據(jù)，自動(dòng)保存在微控制器的存 儲(chǔ)器內(nèi)，且每級(jí)卸載過(guò)程中采集的數(shù)據(jù)保存為一組，每級(jí)卸載至傾角儀內(nèi)部達(dá)到熱平衡，制 冷片才進(jìn)行下一級(jí)功率卸載，直至制冷片的功率卸載到零；
[0036] 在傾角儀內(nèi)部達(dá)到熱平衡后，微控制器啟動(dòng)制熱片，制熱片分級(jí)進(jìn)行功率加載，每 級(jí)加載至傾角儀內(nèi)部達(dá)到熱平衡之后，制熱片才進(jìn)行下一級(jí)功率加載，在上述過(guò)程中微控 制器繼續(xù)采集溫度數(shù)據(jù)和溫漂數(shù)據(jù)，自動(dòng)保存在微控制器的存儲(chǔ)器內(nèi)，且每級(jí)加載過(guò)程中 采集的數(shù)據(jù)保存為一組，直至傾角儀內(nèi)部的溫度升到Τ ±κ時(shí)，制熱片停止工作，同時(shí)微控制 器停止記錄溫度數(shù)據(jù)和溫漂數(shù)據(jù)；
[0037] 微控制器對(duì)自動(dòng)分組保存在微控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：
[0038] 微