一种高精度倾角仪的智能温补方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度倾角仪的智能温补方法，涉及倾角测量或倾角监测领域。该方法包括以下步骤：在倾角仪内部增加制热片和制冷片，分级加载/卸载制冷片、制热片的功率，每级达到倾角仪内部温度和温漂数据在一段时间内稳定，使倾角仪内部温度从温补下限温度升高，同时按一定频率记录温度和温漂数据，倾角仪内部温度上升到温补上限温度时，停止制热片工作和数据记录。从每级加载/卸载记录的数据中提取一组数值稳定的数据，存为温漂数组。测量倾角时，记录置零时温度为该次测量的零漂温度，用当前测量值减去当前温度相对于零漂温度的相对温漂值，得到真实倾角值。本发明专利技术能有效提高温补精度，减少温补工作量，提高工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度倾角仪的智能温补方法
本专利技术涉及倾角测量或倾角监测领域，具体是涉及一种高精度倾角仪的智能温补方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，世界已经逐步进入物联网时代。传感器是获取自然和工程领域中各种信息的主要途径与技术手段，其性能好坏直接关系到测量结果的准确性和真实性。倾角仪作为一种测量倾角的传感器，在机械、土木及各种工程中应用非常广泛。倾角仪中的倾角测量芯片所使用材料有其特定的温度性质，因此倾角仪在正常工作时，会受到内部电路产生的热量和外部气温变化的影响，也会受到封装结构和材料的影响，直接反映为倾角测量数据的温度漂移，简称温漂。申请号为201220432150.6的中国技术专利《高精度带温补倾角模块》提出：将倾角传感器和温度传感器用隔热材料封闭起来，然后人为进行温补试验，以达到克服温漂的目的。然而，若要人为对高灵敏度的倾角仪进行精确的温补，需要非常苛刻的试验环境：既要考虑升温，又要尽量避免产生温补环境微震或气流流动，温补工作量较大。另外，为了避免倾角仪从启动到正常工作之前产生温漂，倾角仪从启动到正常工作之前需要预热一段时间，这占用了一定的工作时间，导致工作效率降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种高精度倾角仪的智能温补方法，能够降低倾角仪正常工作时对温补环境的要求，提高温补精度并减少温补工作量，减少倾角仪从启动到正常工作之前的预热时间，有效提高工作效率。本专利技术提供一种高精度倾角仪的智能温补方法，包括以下步骤：A、倾角仪包括倾角测量芯片和微控制器，当倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时，在倾角仪内部增设制热片和制冷片；当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时，在倾角仪内部增设制热片、制冷片和温度传感器，温度传感器置于倾角测量芯片的侧边；B、倾角仪智能获取温漂数组：B1、倾角仪内部的微控制器预先设定倾角仪温补过程中的温补上限温度T上限、温补下限温度T下限；将倾角仪固定在混凝土隔震试验台上；倾角仪正常工作一段时间至其内部温度和倾角读数稳定时，微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零；B2、微控制器启动制冷片，制冷片分级进行功率加载，每级加载至倾角仪内部达到热平衡，即倾角仪内部的温度和温漂数据在一定时间内均稳定，制冷片才进行下一级功率加载，直至倾角仪内部的温度降至T下限以下时，制冷片才停止加载功率，并开始分级进行功率卸载，同时微控制器开始以一定频率采集温度数据和温漂数据，自动保存在微控制器的存储器内，且每级卸载过程中采集的数据保存为一组，每级卸载至倾角仪内部达到热平衡，制冷片才进行下一级功率卸载，直至制冷片的功率卸载到零；B3、在倾角仪内部达到热平衡后，微控制器启动制热片，制热片分级进行功率加载，每级加载至倾角仪内部达到热平衡之后，制热片才进行下一级功率加载，在上述过程中微控制器继续采集温度数据和温漂数据，自动保存在微控制器的存储器内，且每级加载过程中采集的数据保存为一组，直至倾角仪内部的温度升到T上限时，制热片停止工作，同时微控制器停止记录温度数据和温漂数据；B4、微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理：微控制器从保存的多组数据中，提取每组中最后稳定的温度值和温漂值，作为该组的温漂数据，保存在温漂数组中，温漂数组中有若干列数据，n为温漂数组的总列数，m为温漂数组中列的序号，n、m均为正整数，且4≤m≤n；温漂数组中第m列的温度值为Tm，温漂数组中第m列的温漂值为Dm，温漂数组中第n列的温度值为Tn，温漂数组中第n列的温漂值为Dn；C、在使用倾角仪时，倾角仪内部的微控制器自动完成温补：C1、使用倾角仪测量倾角时，人工将倾角仪的读数置零，同时记录置零时的温度T0，T0为此次测量的零漂温度，T下限＜T0＜T上限；C2、测量一段时间后，倾角仪的当前倾角读数为Ax，温度传感器记录倾角仪内部的当前温度为Tx，倾角仪在当前温度Tx下相对于零漂温度T0发生的温漂值为Dx-0，微控制器通过数据插值方法，结合温漂数组，计算出温漂值Dx-0；C3、微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值Areal：Areal＝Ax－Dx-0，倾角仪向外输出真实倾角测量值Areal。在上述技术方案的基础上，步骤C2中微控制器计算温漂值Dx-0的公式为：其中，x、k、k-1、j、j-1均为温漂数组中列的序号，x、k、k-1、j、j-1均为正整数，温漂数组中第x列中的温度值为Tx，温漂数组中第x列中的温漂值为Dx；温漂数组中第k列中的温度值为Tk，温漂数组中第k列中的温漂值为Dk；温漂数组中第k-1列中的温度值为Tk-1，温漂数组中第k-1列中的温漂值为Dk-1；温漂数组中第j列中的温度值为Tj，温漂数组中第j列中的温漂值为Dj；温漂数组中第j-1列中的温度值为Tj-1，温漂数组中第j-1列中的为温漂值Dj-1；Tx对应的两个相邻数据列为(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)，这两个相邻数据列的线性插值点为Dx；当T下限＜Tx＜T上限时，两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)的温度值满足条件：Tk-1≤Tx≤Tk；当Tx＜T下限时，两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最前两列数据；当Tx＞T上限时，两个相邻数据列(Tk-1、Dk-1)和(Tk、Dk)取最后两列数据；零漂温度T0对应的温漂数组中两个相邻数据列为(Tj-1、Dj-1)和(Tj、Dj)，这两个相邻数据列的线性插值点为D0，这两个相邻数据列中的温度值满足条件：Tj-1≤T0≤Tj。在上述技术方案的基础上，步骤C2中所述微控制器通过分段三次埃尔米特Hermite插值方法，结合温漂数组，计算出温漂值Dx-0。在上述技术方案的基础上，步骤B中所述倾角仪智能获取温漂数组的过程中，外部环境的温度在-10℃～35℃之间。在上述技术方案的基础上，步骤B2中制冷片分5～20级进行功率加载或卸载。在上述技术方案的基础上，步骤B2中制冷片分10级进行功率加载或卸载。在上述技术方案的基础上，步骤B2中倾角仪内部达到热平衡是指：倾角仪内部的温度和温漂数据在1～2分钟内均稳定。在上述技术方案的基础上，步骤B2中微控制器以0.2～1HZ的频率采集温度数据和温漂数据。在上述技术方案的基础上，步骤B2中微控制器以0.4HZ的频率采集温度数据和温漂数据。在上述技术方案的基础上，步骤B3中制热片分级进行功率加载或卸载时，制热片分级的数量与制冷片分级的数量相同。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：(1)本专利技术在倾角仪内部增加制热片和制冷片，将倾角仪放置在混凝土隔震试验台上，通过倾角仪内部的微控制器，对制冷片、制热片的功率进行分级加载或分级卸载，每级加载或卸载达到倾角仪内部温度和温漂数据在一段时间内稳定，使倾角仪内部温度从温补下限温度T下限逐级升高，同时以一定的频率记录温度和温漂数据，倾角仪内部温度逐级上升，当上升到温补上限温度T上限时，停止制热片工作和数据记录。从每级加载或卸载记录的温度和温漂数据中，提取一组数值稳定的温度和温漂数据，存为温漂数组。测量倾角时，记录置零时温度为该次测量的零漂温度，当温度发生变化时，用当前测量值减去当前温度相对于零漂温度的相对温漂值，即得到真实倾角值，相对温漂值则利用温漂数组和插值方法得到。本专利技术中的方法具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度倾角仪的智能温补方法，其特征在于，包括以下步骤：A、倾角仪包括倾角测量芯片和微控制器，当倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时，在倾角仪内部增设制热片和制冷片；当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时，在倾角仪内部增设制热片、制冷片和温度传感器，温度传感器置于倾角测量芯片的侧边；B、倾角仪智能获取温漂数组：B1、倾角仪内部的微控制器预先设定倾角仪温补过程中的温补上限温度T上限、温补下限温度T下限；将倾角仪固定在混凝土隔震试验台上；倾角仪正常工作一段时间至其内部温度和倾角读数稳定时，微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零；B2、微控制器启动制冷片，制冷片分级进行功率加载，每级加载至倾角仪内部达到热平衡，即倾角仪内部的温度和温漂数据在一定时间内均稳定，制冷片才进行下一级功率加载，直至倾角仪内部的温度降至T下限以下时，制冷片才停止加载功率，并开始分级进行功率卸载，同时微控制器开始以一定频率采集温度数据和温漂数据，自动保存在微控制器的存储器内，且每级卸载过程中采集的数据保存为一组，每级卸载至倾角仪内部达到热平衡，制冷片才进行下一级功率卸载，直至制冷片的功率卸载到零；B3、在倾角仪内部达到热平衡后，微控制器启动制热片，制热片分级进行功率加载，每级加载至倾角仪内部达到热平衡之后，制热片才进行下一级功率加载，在上述过程中微控制器继续采集温度数据和温漂数据，自动保存在微控制器的存储器内，且每级加载过程中采集的数据保存为一组，直至倾角仪内部的温度升到T上限时，制热片停止工作，同时微控制器停止记录温度数据和温漂数据；B4、微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理：微控制器从保存的多组数据中，提取每组中最后稳定的温度值和温漂值，作为该组的温漂数据，保存在温漂数组中，温漂数组中有若干列数据，n为温漂数组的总列数，m为温漂数组中列的序号，n、m均为正整数，且4≤m≤n；温漂数组中第m列的温度值为Tm，温漂数组中第m列的温漂值为Dm，温漂数组中第n列的温度值为Tn，温漂数组中第n列的温漂值为Dn；C、在使用倾角仪时，倾角仪内部的微控制器自动完成温补：C1、使用倾角仪测量倾角时，人工将倾角仪的读数置零，同时记录置零时的温度T0，T0为此次测量的零漂温度，T下限＜T0＜T上限；C2、测量一段时间后，倾角仪的当前倾角读数为Ax，温度传感器记录倾角仪内部的当前温度为Tx，倾角仪在当前温度Tx下相对于零漂温度T0发生的温漂值为Dx‑0，微控制器通过数据插值方法，结合温漂数组，计算出温漂值Dx‑0；C3、微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值Areal：Areal＝Ax－Dx‑0，倾角仪向外输出真实倾角测量值Areal。...

【技术特征摘要】
1.一种高精度倾角仪的智能温补方法，其特征在于，包括以下步骤：A、倾角仪包括倾角测量芯片和微控制器，当倾角测量芯片内部集成有温度测量器件时，在倾角仪内部增设制热片和制冷片；当倾角测量芯片内部未集成有温度测量器件时，在倾角仪内部增设制热片、制冷片和温度传感器，温度传感器置于倾角测量芯片的侧边；B、倾角仪智能获取温漂数组：B1、倾角仪内部的微控制器预先设定倾角仪温补过程中的温补上限温度T上限、温补下限温度T下限；将倾角仪固定在混凝土隔震试验台上；倾角仪正常工作一段时间至其内部温度和倾角读数稳定时，微控制器控制倾角仪将当前倾角读数自动置零；B2、微控制器启动制冷片，制冷片分级进行功率加载，每级加载至倾角仪内部达到热平衡，即倾角仪内部的温度和温漂数据在一定时间内均稳定，制冷片才进行下一级功率加载，直至倾角仪内部的温度降至T下限以下时，制冷片才停止加载功率，并开始分级进行功率卸载，同时微控制器开始以一定频率采集温度数据和温漂数据，自动保存在微控制器的存储器内，且每级卸载过程中采集的数据保存为一组，每级卸载至倾角仪内部达到热平衡，制冷片才进行下一级功率卸载，直至制冷片的功率卸载到零；B3、在倾角仪内部达到热平衡后，微控制器启动制热片，制热片分级进行功率加载，每级加载至倾角仪内部达到热平衡之后，制热片才进行下一级功率加载，在上述过程中微控制器继续采集温度数据和温漂数据，自动保存在微控制器的存储器内，且每级加载过程中采集的数据保存为一组，直至倾角仪内部的温度升到T上限时，制热片停止工作，同时微控制器停止记录温度数据和温漂数据；B4、微控制器对自动分组保存在微控制器内的数据进行处理：微控制器从保存的多组数据中，提取每组中最后稳定的温度值和温漂值，作为该组的温漂数据，保存在温漂数组中，温漂数组中有若干列数据，n为温漂数组的总列数，m为温漂数组中列的序号，n、m均为正整数，且4≤m≤n；温漂数组中第m列的温度值为Tm，温漂数组中第m列的温漂值为Dm，温漂数组中第n列的温度值为Tn，温漂数组中第n列的温漂值为Dn；C、在使用倾角仪时，倾角仪内部的微控制器自动完成温补：C1、使用倾角仪测量倾角时，人工将倾角仪的读数置零，同时记录置零时的温度T0，T0为此次测量的零漂温度，T下限＜T0＜T上限；C2、测量一段时间后，倾角仪的当前倾角读数为Ax，温度传感器记录倾角仪内部的当前温度为Tx，倾角仪在当前温度Tx下相对于零漂温度T0发生的温漂值为Dx-0，微控制器通过数据插值方法，结合温漂数组，计算出温漂值Dx-0；C3、微控制器再根据以下公式计算真实倾角测量值Areal：Areal＝Ax－Dx-0，倾角仪向外输出真实倾角测量值Areal。2.如权利要求1所述的高精度倾角仪的智能温补方法，其特征在于：步骤C2中微控制器计算温漂值D...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，高阳，李东明，朱治宝，伊建军，汪正兴，柴小鹏，刘鹏飞，荆国强，焦旭，
申请(专利权)人：中铁大桥科学研究院有限公司，中铁大桥局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42