阅读说明：本技术 一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的系统及方法 (System and method for improving verticality measurement precision by using multiple micro-mechanical gyroscopes ) 是由 邓屹 李海瑜 马世业 于 2020-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的系统及方法,属于海上风电设备检测技术领域。包括待测物、测试用微机械陀螺仪、参考台面、参考微机械陀螺仪和计算机；待测物表面设有测试用微机械陀螺仪；待测物附近位置设有能够保持稳定水平的参考台面,参考台面上设有参考微机械陀螺仪；测试用微机械陀螺仪和参考微机械陀螺仪与计算机连接。本发明提供了一种基于降低零点漂移噪声以提升微机械陀螺仪测量精度的方法,通过将在实际待测表面工作的测试微机械陀螺仪测量数据,与1个或多个处在同样工作环境条件下且固定于静止水平面的微机械陀螺仪数据进行计算和处理,降低微机械陀螺仪的零点漂移噪声,从而提高垂直度测量精度。(The invention relates to a system and a method for improving verticality measurement precision by utilizing a plurality of micro-mechanical gyroscopes, and belongs to the technical field of offshore wind power equipment detection. The device comprises an object to be tested, a micromechanical gyroscope for testing, a reference table board, a reference micromechanical gyroscope and a computer; the surface of the object to be tested is provided with a micro mechanical gyroscope for testing; a reference table top capable of keeping stable level is arranged near the object to be detected, and a reference micromechanical gyroscope is arranged on the reference table top; the test micromechanical gyroscope and the reference micromechanical gyroscope are connected with the computer. The invention provides a method for improving the measurement accuracy of a micromechanical gyroscope based on zero drift noise reduction, which is characterized in that the zero drift noise of the micromechanical gyroscope is reduced by calculating and processing the measurement data of the micromechanical gyroscope to be tested, which works on the actual surface to be tested, and 1 or more pieces of data of the micromechanical gyroscope which are positioned under the same working environment and are fixed on a static horizontal plane, so that the measurement accuracy of the verticality is improved.)

一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的系统及 方法

技术领域

本发明涉及一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的系统及方法，属于海上风电设备检测技术领域。

背景技术

海上风电场的基础结构、塔筒或者机舱等的垂直度检测是海上风电施工和运维的一项重要内容。由于海上风电场海面波动的问题，在陆上风电项目中普遍采用的架设全站仪进行检测的方法不适用于海上风电设施垂直度检测。针对海上风电垂直度检测的问题，现有的已知技术解决方案包括：1.应用铅锤等物理方法，通过比对和测量偏差角度方式进行测量。该技术方案存在的缺点主要有：a)存在观测精度受环境和观测人等因素的影响；b)无法实现阶段性监测和自动数据记录。以上缺点是由技术方案本身的设计及硬件所决定，无法通过简单调整解决。2.应用微机械陀螺仪(MEMS gyroscope)进行检测，微机械陀螺仪的工作原理是利用柔软的弹性结构将振动物体悬挂在基底之上，由相互正交的振动和转动引起交变科里奥利力，通过传感器检测科里奥利力所对应的电学量的变化，即可计算出所引起的转动角速度等参数。转动角速度可进一步计算得出诸如微机械陀螺仪所处平面的各维度角度变化。

在风电场建设及其他工程项目的建设过程中，需要针对主要结构件的垂直度、旋转角速度等参数进行测量。利用微机械陀螺仪是一种较为便捷和可靠的检测手段。然而由于微机械陀螺仪的原理、结构及使用环境等因素影响，即使在静止平面上进行测量，也会产生一定的零点漂移，导致测试精度的降低。所以本技术领域需要解决应用微机械陀螺仪对主要海上结构件的垂直度、旋转角速度等参数进行测量时，如何提高垂直度测量精度的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为解决应用微机械陀螺仪对主要海上结构件的垂直度、旋转角速度等参数进行测量时，如何提高垂直度测量精度的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的系统，包括待测物、测试用微机械陀螺仪、参考台面、参考微机械陀螺仪和计算机；所述待测物表面设有测试用微机械陀螺仪；待测物附近位置设有能够保持稳定水平的参考台面，所述参考台面上设有一个参考微机械陀螺仪；所述测试用微机械陀螺仪和参考微机械陀螺仪与计算机连接。

优选地，所述待测物和参考台面设于工作环境条件接近的外部环境条件下。

优选地，所述参考台面和参考微机械陀螺仪的数量设于大于等于1。

本发明提供一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的系统在海上风电场垂直度监测上的应用。

本发明提供一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的方法，包括以下步骤：

步骤1：在待测物表面上固定放置测试用微机械陀螺仪，在工作环境条件接近的位置放置1个能够保持稳定水平的参考台面，并在其上固定放置1个参考微机械陀螺仪，增加参考陀螺仪的数量有助于本方法对于测量精度提升的效果；

步骤2：将所有陀螺仪数据传送至计算机；

步骤3：通过数据处理软件对所有参考微机械陀螺仪数据进行汇总，并对汇总数据进行高斯平滑处理；

步骤4：通过数据处理软件将测试用微机械陀螺仪数据与步骤3平滑处理后的数据进行相消；

步骤5：通过数据处理软件对步骤4获得的数据通过移动中位数方法进行数据平滑处理；

步骤6：获得经过校正的测量数据。

优选地，所述的步骤1中在工作环境条件接近的位置放置多个能够保持稳定水平的参考台面，并在其上固定放置1个参考微机械陀螺仪，增加参考陀螺仪的数量有助于提升测量精度的效果；所述参考台面和参考微机械陀螺仪的数量设于大于等于1。

优选地，所述的步骤2中通过有线或无线的方法，将所有陀螺仪数据传送至计算机。

优选地，所述的步骤3、步骤4和步骤5中应用的数据处理软件设为Matlab软件。

优选地，所述的步骤3对汇总数据进行高斯平滑处理时，使用Matlab软件的smoothdata函数或类似功能函数进行处理。

优选地，所述的步骤5中对步骤4获得的数据通过移动中位数方法进行数据平滑处理时，使用Matlab软件的movmedian函数或类似功能函数进行处理。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种基于降低零点漂移噪声以提升微机械陀螺仪测量精度的方法。本发明通过将在实际待测表面工作的测试微机械陀螺仪测量数据，与1个或多个处在同样工作环境条件下且固定于静止水平面的微机械陀螺仪数据进行计算和处理，降低微机械陀螺仪的零点漂移噪声，从而提高测量的精度。

附图说明

图1为本发明一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的系统结构示意图；

附图标记：1.待测物2.测试用微机械陀螺仪3.参考台面4.参考微机械陀螺仪5.计算机；

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1所示，本发明提供一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的系统，包括待测物1、测试用微机械陀螺仪2、参考台面3、参考微机械陀螺仪4和计算机5；待测物1表面设置有测试用微机械陀螺仪2；待测物1附近位置设有能够保持稳定水平的参考台面3，参考台面3上设置有一个参考微机械陀螺仪4；测试用微机械陀螺仪2和参考微机械陀螺仪4与计算机5连接。待测物1和参考台面3设于工作环境条件接近的外部环境条件下。参考台面3和参考微机械陀螺仪4的数量设于大于等于1。本发明提供一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的系统可以应用在海上风电场垂直度监测上。

本发明提供一种利用多个微机械陀螺仪提升垂直度测量精度的方法，包括以下步骤：

步骤1：在待测物1表面上固定放置测试用微机械陀螺仪2，在工作环境条件接近的位置放置1个能够保持稳定水平的参考台面3，并在其上固定放置1个参考微机械陀螺仪4；或者在工作环境条件接近的位置放置多个能够保持稳定水平的参考台面3，并在其上固定放置1个参考微机械陀螺仪4，增加参考陀螺仪4的数量有助于提升测量精度的效果；参考台面3和参考微机械陀螺仪4的数量设于大于等于1。

步骤2：通过有线或无线的方法，将所有陀螺仪数据传送至计算机5；

步骤3：通过数据处理软件对所有参考微机械陀螺仪4的数据进行汇总，数据处理软件选用Matlab软件；并对汇总数据进行高斯平滑处理，使用Matlab软件的smoothdata函数或类似功能函数进行处理；

步骤4：通过数据处理软件将测试用微机械陀螺仪2数据与步骤3平滑处理后的数据进行相消；应用的数据处理软件选用Matlab软件；

步骤5：通过数据处理软件对步骤4获得的数据通过移动中位数方法进行数据平滑处理；应用的数据处理软件选用Matlab软件，使用Matlab软件的movmedian函数或类似功能函数进行处理。

步骤6：获得经过校正的测量数据。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。