一种电感式测斜仪及其角度测量方法
阅读说明：本技术 一种电感式测斜仪及其角度测量方法 (Inductance type inclinometer and angle measuring method thereof ) 是由 许年春 陈睿 胡梦 李晓东 于 2021-03-26 设计创作，主要内容包括：本发明属于电感式角度测量设备技术领域,涉及一种电感式测斜仪,包括底板、感应片、弧形块；所述弧形块上套设有感应线圈；所述感应片设于弧形块上方,并与底板转动连接；所述弧形块与底板固定连接；一种用于前述测斜仪的角度测量方法,包括如下步骤：S1、标定零位；S2、标定正倾角；S3、标定负倾角；S4、确定倾角与电感值的标定关系式；S5、倾斜角计算。本发明中采用简单的结构,通过标定电感与角度的关系式,将复杂情况下难以实现的角度测量转变为易于实现的电感测量,实现了简单的、经济的倾斜角度测量方式。(The invention belongs to the technical field of inductive angle measuring equipment, and relates to an inductive inclinometer, which comprises a bottom plate, an inductive sheet and an arc-shaped block, wherein the bottom plate is provided with a plurality of arc-shaped grooves; the arc-shaped block is sleeved with an induction coil; the induction sheet is arranged above the arc-shaped block and is rotationally connected with the bottom plate; the arc-shaped block is fixedly connected with the bottom plate; an angle measuring method for the inclinometer comprises the following steps: s1, calibrating a zero position; s2, calibrating a positive inclination angle; s3, calibrating a negative inclination angle; s4, determining a calibration relational expression of the inclination angle and the inductance value; and S5, calculating the inclination angle. The invention adopts a simple structure, and changes the angle measurement which is difficult to realize under the complex condition into the inductance measurement which is easy to realize by calibrating the relation between the inductance and the angle, thereby realizing a simple and economic inclination angle measurement mode.)
技术领域
本发明属于电感式角度测量设备技术领域，涉及一种电感式测斜仪及其角度测量方法。
背景技术
测斜仪，也可称为倾角传感器，其广泛应用于基础、墙体、坝体等地下工程构筑物或滑坡体的变形监测，在保证工程安全，预防工程失稳方面起着重要作用。按工作原理分类，测斜仪可分为电阻应变式、电导液式、重力加速度式，其中重力加速度式测斜仪应用最多。按测量方式分类，测斜仪可分为固定式测斜仪和活动式测斜仪，固定式测斜仪埋设于地下工程构筑物或滑坡体内不同深度处，导线伸出地表与测量仪器相连，测量出埋设处变形后的倾斜角度；活动式测斜仪带有四个滑轮，沿事先埋设于地下工程构筑物或滑坡体内的导管向下移动，测量出不同深度处的倾斜角度。与采用活动式测斜仪相比，采用固定式测斜仪具有无需埋设测斜导管、测式工作量简单、可实现远程监测等优点，但采用固定式测斜仪需要埋设很多数量的仪器，以某滑坡体内为例，需要布置5个测斜井，测斜井平均深度为20m，每0.5米深埋设一个测斜仪，一共需要埋设5×20/0.5＝200个测斜仪，每个重力加速度式测斜仪市场价3000 元，共计60万元，所需费用昂贵，使用成本较高，难以得到广泛应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于实现一种结构简单、价格低廉的倾斜角度测量方式，提供一种电感式测斜仪及其角度测量方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电感式测斜仪，包括底板、感应片、弧形块；所述弧形块上套设有感应线圈；所述感应片设于弧形块上方，并与底板转动连接；所述弧形块与底板固定连接。
本基础方案中，感应片与弧形块相对转动，弧形块与感应片正对面积发生变化，使得感应线圈的电感发生变化，从而将角度信号转变为电感信号，通过电感来得到角度值。
优选的，所述底板上设有转动轴，所述感应片与转动轴转动连接，所述底板与转动轴固定连接。
优选的，还包括固定板，所述固定板上设有转动轴，所述转动轴与固定板固定连接；所述底板与转动轴转动连接，所述感应片与转动轴固定连接。
进一步，所述底板上设有转动轴，所述感应片、底板中的一个与转动轴转动连接，另一个与转动轴固定连接。
进一步，所述弧形块内侧设有第一圆弧，所述感应片外侧设有第二圆弧，所述第一圆弧、第二圆弧与转动轴同轴，且第一圆弧与第二圆弧弧长相等。
进一步，所述感应线圈的每匝线圈均呈圆弧状缠绕在弧形块上，且其圆弧与转动轴同轴。
进一步，所述感应片为左右对称结构，其初始位置为对称中心线位于竖直方向且与弧形块的一侧边缘共线时。
进一步，所述感应线圈的始、末端与电感表连接。
一种用于上述测斜仪的角度测量方法，包括如下步骤：
S1、标定零位：当感应片对称中心位于竖直方向且与弧形块的一侧边缘共线时，设置为零位，测量出其电感值；
S2、标定正倾角：使感应片对称中心向第一圆弧的另一端每次相对移动设定角度，依次测量出电感值，此过程弧形块与感应片正对面积增大，电感值增大，定为正倾角；直至第一圆弧与第二圆弧完全重合时，此时设置为最大正倾角值；
S3、标定负倾角：使感应片对称中心向S2步骤中相反方向每次移动设定角度，依次测量出电感值，此过程弧形块与感应片正对面积减小，电感值减小，定为负倾角；直至第一圆弧边缘与第二圆弧边缘重合时，此时设置为最大负倾角值；
S4、确定倾角与电感值的标定关系式：根据S2、S3中测试出的倾斜角度与电感值的对应关系，当电感值大于零位电感值时，为正倾角；当电感值小于零位电感值时时，为负倾角；作出倾斜角度与电感值的关系曲线，通过曲线拟合得到倾斜角度与电感值的标定关系式；
S5、倾斜角计算：测得的电感值通过标定关系式计算出其对应的倾斜角度。
本发明的有益效果在于：
1)采用简单的结构，通过标定电感与角度的关系式，将复杂情况下难以实现的角度测量转变为易于实现的电感测量，实现了简单的、经济的倾斜角度测量方式。
2)本发明中感应片径向越长，单位角度对应的弧长越长，感应片与弧形块正对的面积变化越大，因而电感变化也越大，角度测量灵敏度越高。
3)根据电感原理，电感量的大小与感应片到线圈的距离成线性反比，圆弧形的线圈能够保证感应片到线圈的距离恒定，随着感应片转动，电感均匀变化(增大或减小)，倾斜角度与电感值的标定关系式更接近线性关系，优于普通直线型绕线方式，能更准确测试出倾斜角度。
4)本发明中倾斜角度测试范围可根据需要，通过调整感应片弧长与弧形块安装位置的变化来实现。
5)本发明中感应片采用对称结构，标定时，初始位置设置在感应片对称中心与弧形块边缘重合时，使得正负倾角测量范围相同，也可根据实际需要，调整初始位置，以实现单侧测量范围调整。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明中实施例1结构示意图；
图2为图1剖视图；
图3为本发明中感应线圈结构示意图；
图4为本发明中实施例2结构示意图；
图5为本发明实施例1中得到的拟合曲线。
附图标记：1-底板；2-感应片；3-感应线圈；4-弧形块；5-轴承；6-转动轴；7-支脚；8-固定板；21-第二圆弧；31-第一圆弧。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
请参阅图1～图3，为一种电感式测斜仪，包括底板1、感应片2、弧形块4、固定板8；弧形块4上套装有感应线圈3；感应片2安装在弧形块4上方，并与底板1转动连接；弧形块4通过支脚7固定安装在底板1上；转动轴6固定安装在底板1上，感应片2与转动轴6 之间通过轴承5连接，底板1通过螺钉固定安装在固定板8上。
本实施例中，弧形块4内侧设置有第一圆弧31，感应片2外侧设置有第二圆弧21，第二圆弧21、第一圆弧31与转动轴6同轴，且第二圆弧21与第一圆弧31弧长相等；感应线圈3的每匝线圈均呈圆弧状缠绕在弧形块4上，且其圆弧与转动轴6同轴，感应线圈3的始、末端与电感表连接；感应片2为左右对称结构，其初始位置为对称中心线竖直向下且与弧形块4的一侧边缘共线时。
本实施例中测斜仪的角度测量方法，包括如下步骤：
S1、标定零位：当感应片2对称中心位于竖直方向且与弧形块4的一侧边缘共线时，设置为零位，测量出其电感值；
S2、标定正倾角：使感应片2对称中心向第一圆弧31的另一端每次相对移动设定角度，依次测量出电感值，此过程弧形块4与感应片2正对面积增大，电感值增大，定为正倾角；直至第一圆弧31与第二圆弧21完全重合时，此时设置为最大正倾角值；
S3、标定负倾角：使感应片2对称中心向S2步骤中相反方向每次移动设定角度，依次测量出电感值，此过程弧形块4与感应片2正对面积减小，电感值减小，定为负倾角；直至第二圆弧21边缘与第一圆弧31边缘重合时，此时设置为最大负倾角值；
将S1～S3中测得的倾斜角度与电感值汇总，制得下表：
序号
倾斜角度(°)
电感值(uH)
1
-15
54.1
2
-12
55.7
3
-9
57.8
4
-6
60.9
5
-3
64.5
6
0
68.7
7
3
73.7
8
6
79.3
9
9
85.8
10
12
92.8
11
15
100.6
S4、确定倾角与电感值的标定关系式：根据S2、S3中测试出的倾斜角度与电感值的对应关系，当电感值大于零位电感值时，为正倾角；当电感值小于零位电感值时时，为负倾角，作出倾斜角度与电感值的关系曲线，通过曲线拟合得到倾斜角度与电感值的标定关系式，如图5所示，其中标定关系式为：
y＝0.0383x2+1.548x+68.724
其中y为电感值，x为倾斜角度。
S5、倾斜角计算：测得的电感值89.2uH，代入标定关系式计算出其对应的倾斜角度为 10.5°。
实施例2
请参阅图4，本实施例与实施例1的区别在于：感应片2固定安装在转动轴6上，转动轴6固定安装在固定板8上，底板1通过轴承5转动安装在转动轴6上。
本实施例中测量角度方法与实施例1相同。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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