长度计量基础知识讲座(九) 第九讲 水平仪

水平仪是机械制造业以及长度计量中常用的量具之一。普通水平仪主要用于机床、设备在水平、垂直位置安装时的调整。高精度水平仪用于测量机床、设备、仪器工作面或圆柱轴线相对于水平面的倾斜角度，也可用于测量机床、仪器导轨、平板、平尺工作面的直线度和平面度。常用的水平仪有条式、框式水平仪和合象水平仪以及电子水平仪。

激光水平仪在高铁隧道接触网槽道检测中的应用

随着基础建设的快速发展,高速铁路建设在我国经济发展过程中起到了重要的推动作用。隧道段为地下工程,接触网槽道预埋于二衬拱部范围,其施工质量直接关系到铁路运营期交通安全。本文依托渝昆高铁山田隧道,探讨了施工中接触网槽道的检测问题,特别强调了FF08-41激光水平仪在高速铁路隧道接触网槽道检测中的应用,旨在通过对实际施工效果的评价,为隧道工程接触网槽道检测提供参考借鉴,推动我国高速铁路建设朝着更为安全、可靠、高效的方向迈进。

电子水平仪在大盘不水平度测试中的应用

天线大盘不水平度关系到雷达测量精度,本文从大盘不水平测试原理出发,针对合像水平仪在大盘不水平测试中的数据连续性差、精度受人为影响大、操作不方便等缺点,采用瑞士WYLER电子水平仪进行大盘不水平测量,试验结果表明电子水平仪数据连续性好,精度较合像水平仪提高,对今后电子水平仪在大盘不水平测试中的应用具有一定的借鉴意义。

全方位电子水平仪的结构及测量原理分析

介绍了一种实用新型专利-电子水平仪,在对其结构、工作原理进行介绍的基础上,从理论上对其进行了运动分析和几何分析,推导出了一种简洁的测量算法,并给出了以位移传感器、数据采集系统、微处理器为主要组件的电子电路的实现框图,为其进入工程领域奠定了基础。

基于高精度电子水平仪的平面镜水平调整方法

本文提出一种基于高精度电子水平仪实现平面镜反射面水平调整的方法,利用平面镜水平基准作参考进而实现激光干涉仪测量光束竖直方向准直的目的。利用该方法搭建的实验装置通过最短的传递环节将竖直轴向标准传递至平面镜反射面的水平调整上,建立数学模型证明了该方法可行性,并给出了仿真结果;通过实验及分析,本文搭建的实验装置竖直轴向标准精度小于28μrad,传递至平面镜的反射面上,实验得到平面镜水平倾角小于30μrad,从而实现一种平面镜反射面作为参考级水平基准的调整;最后设计实验应用于光束竖直方向准直调整,并实现与酒精液面参考的直接比对,实验证明本文搭建的平面镜水平调整装置与传统的酒精液面参考水平特性高度吻合。

基于MEMS加速度传感器的数字水平仪

介绍了一种基于热对流式加速度传感器的二维高精度数字水平仪的设计方案。从数学模型入手,推导了倾角测量算法。采用硬件抑制、软件滤波的方法,最大限度地降低了外界干扰,解决了测量大角度时的零点漂移问题。研究结果表明:该仪器可以进行多种高精度的倾角测量。

新型全方位电子水平仪的设计及误差分析

一种已获批的实用新型专利——电子水平仪,是根据摆原理,结合传感器技术、微机测量技术设计而成的。本文在对其测量原理、测量系统结构进行介绍的基础上,从理论上对其进行了运动分析和几何分析,推导出了一种简洁的测量算法,并在最后根据算法对测量误差进行了分析。借助该水平仪,可同时测量出待测平面的倾斜角度和倾斜方位。

自校准电子水平仪的设计与实现

由于现有的电子水平仪随时间、温度的变化会产生零点漂移,测量前需进行手动调零。根据水平尺旋转180°找平的古老方法设计出带有自动消除零点漂移的智能型电子水平仪,介绍了带自校准功能的电子水平仪的硬件框图、软件设计和实验分析。实验结果表明:该方法能够大幅提高仪器测量精度。

基于ICL7135的电子水平仪

介绍新型实用专利——电子水平仪。主要介绍了水平仪前端的机械放大机构和高分辨率A/D转换芯片的配合使用方法,通过改变初始安装位置可以获得对称检测区间;通过理论计算得到了不同倾斜角度与检测角度之间的放大关系。基于A/D芯片工作原理,设计芯片的一种简化接法以节约资源,通过微处理系统获得转换结果.利用液晶可以同时显示倾斜角和方位角,借助串口通信,实现远程测量,整个研究为提高仪器分辨率、实现测量准确性提供理论基础。

用水平仪测试倾角回转误差的数据处理

针对用水平仪测试竖直轴系倾角回转误差的数据处理方法存在的缺陷,在竖直轴系上建立一系列坐标系,推导水平仪坐标系相对于基准坐标系的姿态关系,阐述用水平仪测试倾角回转误差的原理.对数据进行傅里叶分析后,准确地分离出了回转轴线对水平面的垂直度误差,扣除这个垂直度误差之后,处理出的回转误差中保留了部分一次谐波误差和全部二次谐波误差.通过一组实测的数据证明了本文的数据处理方法比传统方法更为合理.

一种新型数字式水平仪:原理与实现

介绍了一种数字式仪 ,利用线列CCD ,借助光电转换的原理 ,它可获得直接的数字信号输出 ,避免了A/D转换的环节 ;采用单片机作为处理元件 ,用算法消除了系统误差 ,配合不同的总线 ,该水平仪具有较好的再开发能力 。

天气雷达水平仪检测数据误差订正与数学处理方法初探

天气雷达天线座水平度的检测主要使用2种气泡式水平仪来获取数据。由于水平仪在天线座上的实际检测工作环境与水平仪原来的标准检定环境差别较大,所以直接获取的检测数据含有明显的误差成分,这在很大程度上影响到了对天线座水平度的准确检测。针对在水平仪检测数据订正与数学处理方法方面出现的问题,分别提出了对这2种气泡水平仪系统读数误差的确定方法和检测数据的数学处理方法。结果表明:对读数误差的确切分离与对检测数据进行恰当的数学处理,能够明显提高天气雷达天线座水平度检测数据的准确度和可信度。

用PSD构成全方位高准确度数字水平仪

本文利用连续型光电位置探测器PSD(PositionSensitiveDetector)作为传感器,以重力方向作为竖直基准,构成了一种全方位高准确度水平仪,能实时地给出待测平面的倾斜角度和倾斜方位,具有量程可调、结构紧凑。

一种采用CCD的数字式水平仪研制

利用CCD线列传感器 ,借助光电转换的原理 ,研制了一种新型的数字式水平仪 ,该水平仪采用直接的数字信号输入 ,避免了A/D转换的环节 ,很好的解决了现有电子式水平仪反应时间长的缺点。同时采用单片机作为处理器 ,使其具有较好的再开发能力 ,适用于各种应用场合。

平面度的水平仪检测及其数据的MATLAB处理

针对机床装配工程实践中经常遇到的平面度检测及修合问题,结合一具体实例详细介绍了平面度水平仪检测、最小二乘法评定及用MATLAB进行可视化数据处理的整套方法。该方法不仅可以快速方便地获得平面度值,而且可以进一步为人工刮研平面等操作提供直观的图形依据。

基于MEMS重力检测的数字水平仪

为了实现较高精度的测量水平角度和两个相交平面的夹角,设计了基于MEMS三轴加速度传感器和MSP430F149单片机的新型高精度、低功耗数字水平仪。系统基于MEMS重力检测技术通过MEMS三轴加速度传感器检测空间三轴上的重力加速度分量来计算水平倾角,克服了双轴传感器在空间倾角测量上的缺陷;通过温度传感器DS18B20实时测量环境温度并对水平倾角进行温度补偿,提高测量的准确度;采用OLED显示角度(弧度、斜率)、温度和时间,采用E2PROM存储测量数据。实验结果表明,系统测试精度较高,具有一定的实用价值。

差动电容式传感器在智能电子水平仪中的应用

提出了差动式倾角电容传感器在分辨力为0.001mm/m的智能电子水平仪的应用方案,采用ICL8038集成芯片作为差动电容电桥的激励电源,使用两片LF398同时对两路电压进行采样及AD7706对采样所得信号进行A/D转换,并给出了温度和非线性补偿方法要点及实验结果。

基于LVDT的高精度、数字式水平仪

介绍了一种高精度数字式水平仪测量系统的软硬件设计,该仪器采用差动变压器式传感器LVDT,MSP430F149单片机作为控制单元。给出了传感器标定及非线性补偿的方法。研究结果表明:该系统的测量范围为±400,″分辨力达到0.1,″线性度可达0.33%,可广泛应用于建筑、机械和地质等各种场合。

微型智能电子水平仪设计

基于 C8051F021 单片机和双轴加速度传感器 ADXL202 的微型智能电子水平仪,用相位解调器提取信息,经低通滤波后,模拟信号由 DCM 转换为脉宽占空比信号,确定加速度方向。单片机通过测量输入脉冲的高电平时间及周期而实现占空比测量。经重力场翻滚试验、0g 读数及比例因子校正,其结果表明纵、横倾角的输出稳定。

智能电子水平仪中的温度补偿策略

通过对温度补偿原理的理论推导 ,介绍了智能电子水平仪中的温度补偿策略。提出了使用软件和硬件结合等多项自动补偿与自动校正技术进行温度补偿 ,可最大限度简化电路 。