[发明专利]浮体发光式倾仰角检测器及检测方法

说明书

本发明涉及一种浮体发光式倾仰角检测器及检测方法；本发明信号采集模块的发光浮体采用发光二极管作为光源，感光器单元用于接收发光浮体发射的光束，将其转换为电信号；信号转换模块对该电信号放大滤波后与预设门限电平u_thd比较，输出反映感光器单元接收光照强度是否是高电平，若高电平则判断其为受激感光器；数据处理模块用于根据受激感光器所在感光器环形阵列和感光器轴向阵列的序号获得受激感光器坐标，获取液面边界椭圆方程，计算液面椭圆边界的长半轴a，基于a值和圆柱容器半径R值计算圆柱容器底面与水平面的夹角即仰角，根据液面法线向量计算圆柱容器轴线在水平面的投影方向即方位角。本发明操作简便、测量精度高，性价比高。

技术领域

本发明涉及角度检测技术领域，尤其涉及一种浮体发光式倾仰角检测器及检测方法。

背景技术

在工农业生产和服务、科学研究及日常生活中，角度或倾斜度测量是时常需要的，例如在设备安装、机械加工、建筑施工和交通运输等领域。然而，目前角度测量仪普遍存在精度低或者性价比不高的缺点，本发明旨在解决该问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种浮体发光式倾仰角检测器及检测方法，实现倾角检测，检测性价比高，精度较高。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：浮体发光式倾仰角检测器，包括信号采集模块、信号转换模块和数据处理模块；

信号采集模块，包括圆柱容器、感光器单元和发光浮体，圆柱容器内腔设有液体，发光浮体用于向各个方向发射光束，采用发光二极管作为光源，发光浮体设于圆柱容器中且浮于液面；感光器单元用于接收发光浮体发射的光束并将其转换为电信号，感光器单元在内壁圆周上形成感光器环形阵列，感光器环形阵列中的感光器单元沿圆柱容器轴向延伸至圆柱容器端面形成感光器轴向阵列；感光器单元为球形且外表面均匀分布有感光管；

信号转换模块包括放大滤波器、比较器和并转串逻辑单元；放大滤波器输入端和输出端分别电连接于感光器单元输出端和比较器输入端，比较器输出端电连接于并转串逻辑单元输入端，并转串逻辑单元输出端电连接于数据处理模块输入端；信号转换模块通过放大滤波器对感光器单元输出的电信号进行放大和滤波，然后输入至比较器与预设门限电平u_thd进行比较得到输出电平，将m路输出电平并行寄存于一个并转串逻辑单元，然后串行移位输出至数据处理模块的数据接口，这样，数据处理模块的一个n位数据接口可读取mn个感光器单元的光照信息；比较器输出电平反映每个感光器单元所接收光照的强度，若比较器输出高电平则判断对应的感光器单元所接收光照的强度大，称该感光器单元为受激感光器，反之则称其为未受激感光器；

数据处理模块用于根据受激感光器所在的感光器环形阵列和感光器轴向阵列的序号获得每个受激感光器坐标，从而获取液面边界椭圆方程，进而计算液面椭圆边界的长半轴a，基于a值和已知的圆柱容器半径R值计算圆柱容器底面与水平面的夹角即仰角，根据液面法线向量计算圆柱容器轴线在水平面的投影方向即方位角。

按以上方案，发光浮体包括盖板、底板、穿体螺栓、螺母、固定台、发光驱动电路板、发光二极管、电池盒、抛物面光罩和遮光环壁；盖板位于底板上方，穿体螺栓一端连接于盖板中心并向上穿出，另一端连接于底板中心并穿出后向下延伸，螺母设于穿体螺栓的下端，螺母的作用在于依靠其重力将发光浮体稳定地置于液体中且保持水平，采用不同数量、厚度和材质的螺母可将浮体在液中深度调节至最合适值，以保证光束贴近液面；固定台位于底板和盖板之间且固定于穿体螺栓，发光驱动电路板设于固定台上，电池盒设于底板中心且电连接于发光驱动电路板，抛物面光罩位于固定台外侧且抛物面光罩的凹面朝外，发光二极管电连接于发光驱动电路板且发光二极管设于抛物面光罩的凹面中的焦点位置，抛物面光罩用于保证光束形成平行光；遮光环壁的上下两端分别连接于盖板和底板的边沿，遮光环壁中部设有用于限制光束纵向宽度的透光环窗，以保证光束纵向宽度与感光器单元的直径相匹配。