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专利名称：一种数字化hart接口倾斜仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量技术领域，涉及ー种倾斜仪，尤其涉及ー种数字化HART接ロ倾斜仪。
背景技术：
数字化倾斜仪是ー种将数字接ロ与倾角传感器结合在一起全新的倾斜仪。通常下，数字化倾斜仪是用来測量物体随时间的倾斜变化及铅垂线随时间变化的仪器，在远距离传输时的抗干扰方面，选择电流、或者差分总线的方式是最佳的途径；电流传输方式中选择HART接ロ为远程仪表的合适途径。HART协议是ー种兼容现行4 20mA模拟系统的过渡性现场总线标准，协议具备以下特点在4 20mA模拟信号上叠加数字信号进行双向数字通信，兼容现行模拟体制；可同时进行点对点的4 20mA模拟和数字通信；可以使用多站方式进行通信；兼容传统的4 20mA模拟系统的HART通信协议具有诸多优点，发展至今，它已被世界上三分之ニ以上的现场设备所采用，成为智能エ业控制领域事实上的国际标准。为了满足智能エ业控制领域发展的趋势要求，将倾角传感器与HART接ロ结合在一起，将会拓展倾角传感器的应用领域及加强倾角传感器測量使用的适应性。如今，还没有将倾斜仪与HART接ロ融合在一起的设备。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供ー种数字化HART接ロ倾斜仪，将倾角传感器与HART接ロ结合在一起，可同时实现点对点或者多站方式的数字和模拟通信。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案ー种数字化HART接ロ倾斜仪，所述倾斜仪包括倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、电源系统、HART接ロ单元；所述倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度；所述滤波単元与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；所述处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换；所述数显分度转台与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进ー步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿；所述电源系统与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台连接，用以提供电源；所述HART接ロ単元与所述处理器连接，用于使位于现场的倾角传感器和位于控制室的主机系统进行数字通信，处理器通过HART接口单元将获取的数据发送至主机系统，主机系统通过HART接口单元将控制命令发送至处理器。作为本实用新型的一种优选方案，所述滤波单元为硬件滤波单元，用以对倾角传感器输出的模拟信号带宽内滤波。作为本实用新型的一种优选方案，所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂做补偿。作为本实用新型的一种优选方案，所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的灵敏度温漂做补偿。作为本实用新型的一种优选方案，所述处理器为内置24bit模数转化单元AD的MCU。作为本实用新型的一种优选方案，所述HART接口单元连接HART总线，直接从HART总线取电；HART接口单元可直接连接任意设备的HART端口，用以将倾斜仪测量倾斜角度数据输出至任意设备。本实用新型的有益效果在于本实用新型提出的数字化HART接口倾斜仪，能够提供倾斜角度的测量，可直接连接任意设备的HART端口，直接从HART总线取电，无需外接电源，使倾斜仪变为两线制输出，能够满现场远程仪表和控制室系统的数字通信要求。相对于现有的同类数字倾斜仪有明显优势。此外，本实用新型数字化HART倾斜仪内部软件集成了自标定算法，能够在外部简单的操作实现数字倾斜仪本身数字自动标定。

图1为本实用新型数字化HART倾斜仪的组成示意图。图2为本实用新型数字化HART倾斜仪测量方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。实施例一本实用新型揭示了一种数字化HART接口倾斜仪，所述倾斜仪包括倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、电源系统、HART接口单元。所述倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度；所述滤波单元与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波。所述处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换。所述数显分度转台与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿。所述电源系统与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台连接，用以提供电源。所述HART接口单元与所述处理器连接，用于使位于现场的倾角传感器和位于控制室的主机系统进行数字通信，处理器通过HART接口单元将获取的数据发送至主机系统，主机系统通过HART接口单元将控制命令发送至处理器。[0028]请参阅图1，本实施例中，所述HART倾斜仪包括核心高精度MEMS倾角传感器1、硬件滤波单元2、电源系统3、内置24Bit模数转化单元AD的MCU 4、数显分度转台(图未示)、HART接口 5。所述MCU4连接硬件滤波单元2、电源系统3、数显分度转台、HART接口 5，所述电源系统3连接倾角传感器1、硬件滤波单元2、数显分度转台、HART接口 5。所述HART接口单元连接MCU4、电源系统3。核心高精度MEMS倾角传感器I可以提供很高的角度分辨率，通过硬件滤波单元2对高精度MEMS倾角传感器I输出模拟信号带宽内滤波，内置24BUAD的MCU对核心高精度MEMS倾角传感器I输出的模拟信号进行高精度模数转换，在MCU内部软件内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息。内置24bit AD的MCU4会对数字处理后信号进行角度转换，然后会利用外部高精度的数显分度转台对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试。内置24bit AD的MCU4利用内部最小二乘法算法对在线测试数据运算，计算出合适的线性标定系数，并存储于MCU内部开辟的Flash Data存储空间。每一次测量后，内置24bit AD的MCU4利用事先计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿，达到提高倾角测量的线性度的目的。所述处理器的线性补偿方法包括对一组标准值&1，a2, a3，. . .，ak，和对应该组标准值的实际测量所得一组值b” b2, b3，. . .，bk，根据两组值拟合出一个多项式ai = F(bi)，i=1. . . k,即 f = ko+kiC+^^+kgC3+. . . +kmCm, k0, k” k2, k3,. . .，km 为多项式系数，C =a1； a2, a3, . . .，ak ;利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数kQ, k1； k2, k3, . . .，km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该多项式对采集的数据进行多项式计算，即数据补偿。此外，所述数字化HART倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂和灵敏度温漂做补偿。利用外部设备高低温实验箱对核心高精度MEMS倾角传感器I作温度补偿测试(灵敏度温漂、零点温漂)，内置24bitMCU4利用内部最小二乘法算法对在线对测试数据处理、运算，计算出温度补偿系数，并存储于内部开辟的存储空间内，以后每-次测量数据输出都会被温度补 偿系数修正，能够很好地降低温度对传感器的影响。零点温漂补偿方法包括对倾斜仪的零点输出做温度试验，测量出倾斜仪的零点输出受温度影响的变化，利用最小二乘法拟合出零点输出与温度变化之间的多项式关系式，Z = Z(T)，即 Z(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+. · · +kmTm，其中，kQ，k1； k2, k3,. . . , km 为多项式系数；利用最小二乘法算法，求解多项式拟合的系数U k1； k2, k3，. . .，km，处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该关系式对零点输出做补偿。灵敏度温漂补偿方法包括对倾斜仪的灵敏度做温度试验，测量出倾斜仪的灵敏度受温度影响的变化，利用最小二乘法拟合出灵敏度与温度变化之间的多项式关系式，S=S(T)，即 S(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+. · · +kmTm，其中，k0, k” k2, k3，· · ·，km 为多项式系数；利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数1 , k1； k2, k3，...，km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该关系式对灵敏度做补偿。上述三个补偿步骤使用了最小二乘法；三个补偿步骤中，多项式的系数k0, k1； k2, k3,. . . kn根据实际情况计算,在三个补偿步骤中多项式的系数1 , k1； k2, k3,. . .，km并不要求相等。以上介绍了本实用新型数字化HART倾斜仪的组成，本实用新型在揭示上述数字化HART倾斜仪的同时，还揭示一种上述数字化HART倾斜仪的测量和传输方法；请参阅图2，所述测量和传输方法包括如下步骤步骤SI倾角传感器提供高分辨率的倾斜角度，滤波单元对倾角传感器输出的模拟信号滤波；步骤S2处理器对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息；步骤S3处理器对数字处理后的信号进行角度转换，利用外部高精度的数显分度转台对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，所述处理器利用最小二乘法算法对在线测试数据运算，计算出合适的线性标定系数，并存储于处理器内的存储空间； 步骤S4每一次测量后，处理器利用事先计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿，达到提高倾角测量的线性度的目的。步骤S5每一次数据修正后，处理器通过HART接口对外传输数据，达到HART接口数据输出的目的。综上所述，本实用新型提出的数字化HART接口倾斜仪，能够提供倾斜角度的测量，可直接连接任意设备的HART端口，直接从HART总线取电，无需外接电源，使倾斜仪变为两线制输出，能够满现场远程仪表和控制室系统的数字通信要求。相对于现有的同类数字倾斜仪有明显优势。此外，本实用新型数字化HART倾斜仪内部软件集成了自标定算法，能够在外部简单的操作实现数字倾斜仪本身数字自动标定。这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求1.一种数字化HART接口倾斜仪，其特征在于，所述倾斜仪包括倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、电源系统、HART接口单元； 所述倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度； 所述滤波单元与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波； 所述处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换； 所述数显分度转台与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿； 所述电源系统与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台连接，用以提供电源； 所述HART接口单元与所述处理器连接，用于使位于现场的倾角传感器和位于控制室的主机系统进行数字通信，处理器通过HART接口单元将获取的数据发送至主机系统，主机系统通过HART接口单元将控制命令发送至处理器。
2.根据权利要求1所述的数字化HART接口倾斜仪，其特征在于 所述滤波单元为硬件滤波单元，用以对倾角传感器输出的模拟信号带宽内滤波。
3.根据权利要求1所述的数字化HART接口倾斜仪，其特征在于 所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂做补偿。
4.根据权利要求1所述的数字化HART接口倾斜仪，其特征在于 所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的灵敏度温漂做补偿。
5.根据权利要求1所述的数字化HART接口倾斜仪，其特征在于 所述处理器为内置24bit模数转化单元AD的MCU。
6.根据权利要求1所述的数字化HART接口倾斜仪，其特征在于 所述HART接口单元连接HART总线，直接从HART总线取电；HART接口单元可直接连接其他设备的HART端口，用以将倾斜仪测量倾斜角度数据输出至其他设备。
专利摘要本实用新型揭示了一种数字化HART接口倾斜仪，包括倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、电源系统、HART接口单元。倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度；滤波单元用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；处理器用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，并对数字处理后的信号进行角度转换；数显分度转台用以对传倾角感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；HART接口单元用于使倾角传感器和主机系统进行数字通信。本实用新型可直接连接任意设备的HART端口，直接从HART总线取电，无需外接电源，使倾斜仪变为两线制输出，能够满现场远程仪表和控制室系统的数字通信要求。
文档编号G01C9/00GK202885810SQ201220425999
公开日2013年4月17日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者高成, 张峰 申请人:上海辉格科技发展有限公司