专利名称：一种防爆型倾斜仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量技术领域，涉及一种倾斜仪，尤其涉及一种能够在易燃、易爆气体、粉尘气体环境中应用横滚、俯仰、测量的防爆型倾斜仪。
背景技术：
防爆倾斜仪是一种将防爆外壳和倾角传感器结合在一起全新的倾斜仪。通常下，倾斜仪是用来测量物体随时间的倾斜变化及铅垂线随时间变化的仪器，且其只能应用在没有易燃，易爆等气体环境的食品机械、桥梁建设机械、工厂自动化等。现有的防爆倾斜仪只能使用在I类环境中，即煤矿井下的环境中，而没有能够使用在II类环境中的，即除煤矿井下之外的其他环境中，比如石油化工厂，燃气机车的控制，液化天然气运输船舶的姿态监控等环境中。对于现有的只能够应用在煤矿井下的防爆倾斜仪已经满足不了实际应用倾角测量环境的要求，将倾斜仪与防爆外壳、防爆格兰头结合起来能够将各自的优势集中体现出来，增加使用的安全性，保护人民生命财产的安全性，减少使用者的负担，在有些应用场所，比如有些应用场所，如石油，化工厂设备的监测，海上平台的稳定性操控，燃气机车控制等环境中具有明显的技术优势和应用价值。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种防爆型倾斜仪，可提供、横滚、俯仰的准静态、高精度角度测量，能够满足易燃、易爆环境下工业应用、研究所及军工单位的测量应用需求。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种防爆型倾斜仪，所述倾斜仪包括防爆外壳、防爆格兰头、倾斜仪组件、数显分度转台；所述防爆格兰头与所述防爆外壳连接，防爆格兰头内设有一通孔内，传输信号线缆穿过该通孔；所述倾斜仪组件包括倾角传感器、滤波单元、处理器、电源系统、输出接口模块；其中处理器用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换；电源系统与所述倾角组件中的倾角传感器、滤波单元、处理器、输出接口模块连接，用以提供电源；所述数显分度转台与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿。作为本实用新型的一种优选方案，所述防爆外壳的上方还设有防爆上盖，防爆外壳的下方设有固定板。作为本实用新型的一种优选方案，所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂做补偿。作为本实用新型的一种优选方案，所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的灵敏度温漂做补偿。作为本实用新型的一种优选方案所述倾斜仪组件中的输出接口模块包括232输出接口、485输出接口、422输出接口、V/I输出接口中一种或者多种。作为本实用新型的一种优选方案，所述倾斜仪组件中的处理器为内置24bit模数转化单元AD的MCU。本实用新型的有益效果在于本实用新型提出的一种防爆型倾斜仪，可提供、横滚、俯仰的准静态、高精度角度测量，能够满足易燃、易爆环境下工业应用、研究所及军工单位的测量应用需求。相对于普通工业环境下的倾角传感器以及仅能够使用在煤矿下的防爆型倾角传感器具有明显优势。本数字倾斜仪能够提供丰富的接口，如数字量RS232、RS485、RS422，模拟量电压和电流，模拟量输出范围可设置。此外，本实用新型数字倾斜仪内部软件集成了自标定算法，能够在外部简单的操作实现数字倾斜仪本身数字自动标定。

图1为本实用新型防爆型倾斜仪的结构示意图。图2为本实用新型防爆倾斜仪测量方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。实施例一请参阅图1，本实用新型揭示了防爆型倾斜仪，包括防爆外壳11、防爆格兰头12、防爆上盖13、固定底座14、倾斜仪组件100 (包括一些电子元件，如倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、电源系统)。所述防爆格兰头12设置于防爆外壳11的一侧，防爆格兰头12内设有一通孔内，传输信号线缆15穿过该通孔；防爆上盖13设置于爆格兰头12的上方。倾斜仪组件100设置于防爆外壳11、防爆上盖13形成的空间内部。防爆外壳11、防爆格兰头12、防爆上盖13形成防爆机构，将易燃、易爆源隔离到防爆机构外部，并提供测量体横滚、俯仰角度输出的基体。其中倾斜仪组件中，倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度；滤波单元与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换；数显分度转台与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿；电源系统与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台连接，用以提供电源。防爆外壳、防爆格兰头、铠装电缆与上述倾角传感器、硬件滤波单元、电源系统、MCU组装起来，将可能产生的易燃，易爆源隔离到防爆外壳内部，从而实现在易燃、易爆环境下提供高精度准静态横滚，俯仰角度数据。倾斜仪组件中内置24bit AD的MCU会对数字处理后信号进行角度转换，然后会利用外部高精度的数显分度转台对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试。内置24bit AD的MCU利用内部最小二乘法算法对在线测试数据运算，计算出合适的线性标定系数，并存储于MCU内部开辟的Flash Data存储空间。每一次测量后，内置24bit AD的MCU利用事先计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿，达到提高倾角测量的线性度的目的。所述处理器的线性补偿方法包括对一组标准值&1，a2, a3，. . .，ak，和对应该组标准值的实际测量所得一组值b” b2, b3，. . .，bk，根据两组值拟合出一个多项式ai = F(bi)，i=1. . . k,即 f = ko+kiC+^^+kgC3+. . . +kmCm, k0, k” k2, k3,. . .，km 为多项式系数，C =a” a2, a3, · · ·，ak ;利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数k0, k” k2, k3, . . .，km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该多项式对采集的数据进行多项式计算，即数据补偿。此外，所述防爆倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂和灵敏度温漂做补偿。利用外部设备高低温实验箱对核心高精度MEMS倾角传感器I作温度补偿测试(灵敏度温漂、零点温漂)，倾斜仪组件中内置24bitMCU利用内部最小二乘法算法对在线对测试数据处理、运算，计算出温度补偿系数，并存储于内部开辟的存储空间内，以后每-次测量数据输出都会被温度补偿系数修正，能够很好地降低温度对传感器的影响。零点温漂补偿方法包括对倾斜仪的零点输出做温度试验，测量出倾斜仪的零点输出受温度影响的变化，利用最小二乘法拟合出零点输出与温度变化之间的多项式关系式，Z = Z(T)，即 Z(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+. · · +kmTm，其中，k。，k1； k2, k3,. . . , km 为多项式系数；利用最小二乘法算法，求解多项式拟合的系数U k1； k2, k3，. . .，km，处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该关系式对零点输出做补偿。
灵敏度温漂补偿方法包括对倾斜仪的灵敏度做温度试验，测量出倾斜仪的灵敏度受温度影响的变化，利用最小二乘法拟合出灵敏度与温度变化之间的多项式关系式，S=S(T)，即 S(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+. · · +kmTm，其中，k0, k” k2, k3，· · ·，km 为多项式系数；利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数1 , k1； k2, k3，...，km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该关系式对灵敏度做补偿。上述三个补偿步骤使用了最小二乘法；三个补偿步骤中，多项式的系数k0, k1； k2, k3,. . .，km根据实际情况计算,在三个补偿步骤中多项式的系数1 , k1； k2, k3,. . .，km并不要求相等。以上介绍了本实用新型防爆倾斜仪的组成，本实用新型在揭示上述防爆倾斜仪的同时，还揭示一种使用环境，即除矿井下以外，O区，20区以外的所有易燃易爆气体，粉尘环境，上述防爆倾斜仪的测量方法；请参阅图3，所述测量方法包括如下步骤步骤SI将倾斜仪组件(倾角传感器、硬件滤波、电源系统、MCU)与防爆外壳，防爆格兰头，铠装电缆组装起来；步骤S2倾角传感器提供高分辨率的倾斜角度，滤波单元对倾角传感器输出的模拟信号滤波；[0036]步骤S3处理器对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息；步骤S4处理器对数字处理后的信号进行角度转换，利用外部高精度的数显分度转台对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，所述处理器利用最小二乘法算法对在线测试数据运算，计算出合适的线性标定系数，并存储于处理器内的存储空间；步骤S5每一次测量后，处理器利用事先计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿，达到提高倾角测量的线性度的目的。步骤S6根据静态的判断结果，选择对应的角度解算方式，达到提供倾斜仪的角度测量、及提高静态测量精度的目的。综上所述，本实用新型提出的防爆倾斜仪，能够提供横滚、俯仰的准静态、高精度角度测量，能够满足易燃、易爆，环境下，比如石油，化工厂环境下工业应用、研究所及军工单位的测量应用需求。本实用新型防爆倾斜仪硬性好、不易变形、耐高低温、密封性好；隔爆性好，安全性高，同时能够提供丰富的接口，如数字量RS232、RS485、RS422，模拟量电压和电流，模拟量输出范围可设置。此外，本实用新型数字倾斜仪内部软件集成了自标定算法，能够在外部简单的操作实现数字倾斜仪本身数字自动标定。这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其 它变形和改变。
权利要求1.一种防爆型倾斜仪，其特征在于，所述倾斜仪包括防爆外壳、防爆格兰头、倾斜仪组件、数显分度转台； 所述防爆格兰头与所述防爆外壳连接，防爆格兰头内设有一通孔内，传输信号线缆穿过该通孔； 所述倾斜仪组件包括倾角传感器、滤波单元、处理器、电源系统、输出接口模块； 其中处理器用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换；电源系统与所述倾角组件中的倾角传感器、滤波单元、处理器、输出接口模块连接，用以提供电源； 所述数显分度转台与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿。
2.根据权利要求1所述的防爆型倾斜仪，其特征在于 所述防爆外壳的上方还设有防爆上盖，防爆外壳的下方设有固定板。
3.根据权利要求1所述的防爆型倾斜仪，其特征在于 所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂和灵敏度温漂做补m\-ΖΧ ο
4.根据权利要求1所述的防爆型倾斜仪，其特征在于 所述倾斜仪组件中的输出接口模块包括232输出接口、485输出接口、422输出接口、输出接口中一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的防爆型倾斜仪，其特征在于 所述倾斜仪组件中的处理器为内置24bit模数转化单元AD的MCU。
专利摘要本实用新型揭示了一种防爆型倾斜仪，包括防爆外壳、防爆格兰头、倾斜仪组件、数显分度转台；防爆格兰头与防爆外壳连接，防爆格兰头内设有一通孔内，传输信号线缆穿过该通孔。倾斜仪组件包括倾角传感器、滤波单元、处理器、电源系统、输出接口模块，处理器用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换。数显分度转台用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数。本实用新型防爆型倾斜仪可提供、横滚、俯仰的准静态、高精度角度测量，能够满足易燃、易爆环境下工业应用、研究所及军工单位的测量应用需求。
文档编号G01C9/00GK202885808SQ20122041482
公开日2013年4月17日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者李振飞, 张峰 申请人:上海辉格科技发展有限公司