1.四簧平面位移式倾仰角测试器,其特征在于:包括测量仪,测量仪包括信号采集模块、信号调理模块和控制模块;
信号采集模块,包括感光管点阵板(1)、弹簧(2)、旋钮式弹簧栓(3)和滑块(4);感光管点阵板(1)为正方形结构,感光管点阵板(1)上等间隔分布有若干感光管单元(1a);旋钮式弹簧栓(3)和弹簧(2)的数量均为四个,四个旋钮式弹簧栓(3)分别设于感光管点阵板(1)的四条边中间,每个旋钮式弹簧栓(3)通过弹簧(2)连接于滑块(4)侧部,四个连接于旋钮式弹簧栓(3)和滑块(4)之间的弹簧(2)的长度和弹性系数均相同,感光管点阵板(1)倾斜时,滑块(4)在感光管点阵板(1)上滑动;滑块(4)包括透明圆盘状支撑体(401)、设于支撑体(401)上的凹面镜(402)和设于支撑体(401)上且位于凹面镜(402)的镜前焦点处的发光二极管(403);发光二极管(403)在焦点上所发出的光经凹面镜(402)反射后形成平行光束,感光管单元(1a)用于接收平行光束;
信号调理模块,用于对由感光管单元(1a)采集的光信号转换的电信号进行信号调理;
控制模块,用于控制发光二极管(403)发光及人机交互、用于根据调理后的电信号所载光照信息进行倾斜角计算。
2.根据权利要求1所述的四簧平面位移式倾仰角测试器,其特征在于:信号调理模块包括信号调理器和模数变换器,信号调理器的输入端连接于感光管的输出端,模数变换器电连接于控制模块输入端;感光管输出的电压输入至信号调理器进行放大滤波处理,信号调理器的输出电压输入至模数变换器进行模数变换后输出至控制模块。
3.根据权利要求1所述的四簧平面位移式倾仰角测试器,其特征在于:控制模块包括微处理器、显示器(5)、扬声器(6)和键盘(7),微处理器电连接于模数变换器获取光照信息后进行进行倾斜角计算,显示器(5)、扬声器(6)和键盘(7)均电连接于微处理器用于人机交互;微处理器还电连接于发光二极管(403)控制发光二极管(403)发光。
4.根据权利要求1所述的四簧平面位移式倾仰角测试器,其特征在于:测量仪还包括机箱(8)、隔板(9)、面板(10)、电子模块盒(11)和电池盒(12);机箱(8)为内部中空的方形结构,机箱(8)底面与感光管点阵板(1)平行,隔板(9)水平安装于机箱(8)内用于将机箱(8)内部分为上腔和下腔,感光管点阵板(1)置于机箱(8)内下腔中,电子模块盒(11)设于机箱(8)内上腔中用于放置信号调理模块和控制模块,电池盒(12)也设于机箱(8)内上腔中用于给系统供电,面板(10)水平设于机箱(8)内上腔上表面用于固定和开放显示器(5)、扬声器(6)和键盘(7)。
5.四簧平面位移式倾仰角测试方法,其特征在于,采用上述权利要求1至4所述的四簧平面位移式倾仰角测试器,测试方法步骤具体为:步骤0:感光管点阵板左右两侧边的中点分别设为C点和A点,上下两侧边的中点分别设为B点和D点,感光管点阵板(1)中点位置设为原点O,给定固定点C、A所在直线为X轴,给定固定点D、B所在直线为Y轴,原点O至固定点A为X轴正方向,原点O至固定点B为Y轴正方向;感光管点阵板(1)处于水平状态时,滑块(4)处于原点O位置处;感光管点阵板(1)中的感光管单元(1a)的序号设为(i,j),i=0,…I,j=0,…I,I设置成偶数;
步骤1:给序号集 和 赋以空集:
步骤2:给i赋以零值:i←0;
步骤3:给j赋以零值:j←0;
步骤4:读取序号(i,j)感光管所在的信号通道的ADC输出电压U(i,j);
步骤5:判断当前感光管电路输出电压U(i,j)是否大于预设电压门限uthd,若是,则执行步骤6,否则,执行步骤7;
步骤6:将序号i和j分别存入 和 其中符号∪表示并
集;
步骤7:判断序号j是否达到最大值I,若是,执行步骤8,否则对j递增1后跳转步骤4;
步骤8:判断序号i是否达到最大值I,若是,执行步骤9,否则对i递增1后跳转步骤3;
步骤9:计算光照覆盖域中心的感光管单元(1a)序号
其中运算过程 表示对x进行四舍五入运算后取整数然后将结果对y赋值;
步骤10:给滑块(4)中心坐标M(x,y)赋值, d表示相邻两个感光
管单元(1a)的间距;
步骤11:以沿着弹簧离开滑块的方向为参考正方向,将固定于A、B、C和D的旋钮式弹簧栓(3)所连接的弹簧(2)分别赋以序号1、2、3和4,计算与固定点A、B、C和D连接的弹簧对滑块的作用力F1、F2、F3和F4:其中,a表示正方形的感光管点阵板边长的一半;
步骤12:根据弹簧对滑块的作用力计算重力G在倾斜的感光管点阵板面上的分力Gxoy:其中,
其中,下标x和y分别代表所标注的力在感光管点阵板面的X轴和Y轴方向上的分力,i为弹簧的序号;
步骤13:计算 和
其中,为倾斜的感光管点阵板面即倾斜面与水平面的夹角,符号|·|代表向量的模值;
步骤14:计算倾斜面法线向量n:
6.根据权利要求5所述的四簧平面位移式倾仰角测试方法,其特征在于:测量仪测试前,还包括校正步骤;倾仰角测试器还包括水平台(13),水平台(13)包括台面和设于台面四脚底部的支撑腿,每个支撑腿上设有用于进行高度微调的高度微调旋钮(14);校正步骤具体为:采用另设的标准水平仪,将另设的标准水平仪置于水平台(13)上,与X轴平行,调节高度微调旋钮(14)直至水平仪显示水平状态,将标准水平仪旋转90度使之与Y轴平行,调节高度微调旋钮(14)直至水平仪显示水平状态;上述操作交替反复为之直至水平仪保持显示水平状态,此时校正完成。