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专利号: 2020110216972
申请人: 南京信息职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.环形簧片扁化式倾斜角测试器,其特征在于:包括信号采集模块和控制处理模块;

信号采集模块包括底板(1)、中柱(2)、直流电机(3)、转杆(4)、簧片(5)和滑块(6);圆柱形的中柱(2)轴向固定于底板(1)上且接地,直流电机(3)设于中柱(2)上且直流电机(3)的电机轴(3a)竖向设置,转杆(4)水平设置且转杆(4)一端连接于直流电机(3)电机轴(3a),电机轴(3a)和转杆(4)保持接地;簧片(5)为置于底板(1)上的环形结构且为金属材质,滑块(6)为圆柱状;中柱(2)和滑块(6)均设于环形簧片(5)范围内;当底板(1)发生倾斜,滑块(6)向倾斜方向滑动会对簧片(5)形成拉伸力;环形簧片(5)电连接于控制处理模块,环形簧片(5)还连接一上拉电阻后连接于电源;

控制处理模块用于通过直流电机(3)驱动电路驱动直流电机(3)电机轴(3a)转动进而驱动转杆(4)转动,当转杆(4)与簧片(5)不接触时,控制处理模块检测到高电平;

当转杆(4)转动至接触簧片(5)时,控制处理模块检测到低电平,低电平时获取簧片(5)拉伸力F从而计算倾斜面的法线向量值。

2.根据权利要求1所述的环形簧片扁化式倾斜角测试器,其特征在于:控制模块包括微处理器、显示器(7)、语音播放器(8)和键盘(9),微处理器电连接于簧片(5)获取转杆(4)接触簧片(5)检测输入电平Uin进行斜面法线向量值的计算,显示器(7)、语音播放器(8)和键盘(9)均电连接于微处理器用于人机交互;微处理器还电连接于直流电机(3)驱动电路驱动直流电机(3)转动。

3.根据权利要求1所述的环形簧片扁化式倾斜角测试器,其特征在于:测试器还包括机箱(10)、隔板(11)、面板(12)、电子模块盒(13)和电池盒(14);机箱(10)为内部中空的方形结构,隔板(11)水平安装于机箱(10)内用于将机箱(10)内部分为上腔和下腔,底板(1)置于机箱(10)内下腔中,机箱(10)底面与底板(1)平行,电子模块盒(13)设于机箱(10)内上腔中用于放置信号调理模块和控制模块,电池盒(14)也设于机箱(10)内上腔中用于给系统供电,面板(12)水平设于机箱(10)内上腔上表面用于固定和开放显示器(7)、语音播放器(8)和键盘(9)。

4.根据权利要求1所述的环形簧片扁化式倾斜角测试器,其特征在于:所述滑块(6)和中柱(2)均为圆柱状结构且半径相同。

5.环形簧片扁化式倾斜角测试方法,其特征在于:采用上述权利要求1至4任一项所述的环形簧片扁化式倾斜角测试器,测试方法为:步骤1:圆形簧片在没有外来拉伸力的情况下保持圆形,若受到外来拉伸力,会发生扁化,即变成椭圆;若椭圆中心在O点,长轴某一端在A点即与中柱圆周的远交点处,定义OA方向为x’轴,定义平行于底板边长且穿过O点的所在直线为x轴,x轴与椭圆长轴交于O点;椭圆上距离A长度为转杆长度d的位置存在两触点M1和M2,AM1和AM2与平行于x轴方向夹角分别为φ1和φ2,AM1和AM2的角平分线方向与平行于x轴方向的夹角表示为φ,AM1和AM2的夹角表示为Δφ,则簧片所受的拉伸力越大,Δφ越小;

开始检测如下:

步骤2:控制处理模块向直流电机驱动电路发出顺时针旋转指令;

步骤3:转杆转动过程中,当转杆和簧片接触时控制处理模块可检测到输入电平Uin为低电平,当二者未接触时则检测到高电平,因此,判断当前输入电平Uin是否处于低电平;若是,则执行步骤4,否则,返回步骤2;

步骤4:向直流电机驱动电路发出停止旋转指令;

步骤5:记录当前转杆与x轴的逆时针夹角φ1;

步骤6:向直流电机驱动电路发出逆时针旋转指令;

步骤7:判断当前输入电平Uin是否处于低电平;若是,则执行步骤8,否则,返回步骤6;

步骤8:向直流电机驱动电路发出停止旋转指令;

步骤9:记录当前转杆与x轴的逆时针夹角φ2;

步骤10:根据φ1和φ2计算与Gxoy正交的y’轴所在方向在xoy坐标系的单位向量g=[gx,gy,gy]及倾斜面与水平面的夹角 的正弦值 和余弦值 根据 和g=[gx,gy,gy]计算坐标系变换矩阵T,具体为:

根据φ1和φ2计算倾斜面与水平面的夹角 的正弦值 和余弦值 的步骤10a具体为:步骤10a.1:计算转杆在椭环簧片两个触点间的夹角Δφ,Δφ=|φ2-φ1|;

步骤10a.2:估算椭圆长半轴长度a:

其中,p表示椭环簧片的周长;

步骤10a.3:查询a~F对照表得到当前a值所对应的受力值F,从而得到滑块重力值G在底板上的分力值Gxoy:Gxoy←F;

步骤10a.4:计算倾斜面与水平面的夹角 的正弦和余弦值:

根据φ1和φ2计算与Gxoy正交的y’轴所在方向的单位向量g=[gx,gy,gy]的步骤10b,具体为:步骤10b.1:计算簧片所受到的拉伸力Gxoy的方向与x轴的逆时针夹角φ;

其中,φ1和φ2分别表示AM1和AM2与平行于x轴方向的夹角;

步骤10b.2:计算与Gxoy正交的y’轴所在方向的单位向量,在xyz三维坐标系中表示为g=[gx,gy,gy],进行如下赋值:根据步骤10a和10b的结果计算变矩阵:

步骤11:被测平面的法线向量以水平面为xoy平面的三维坐标系表示为: