水平仪的设计与研究毕业论文

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1、水平仪的设计与研究毕业论文目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1课题背景11.1.1课题的目的和意义11.1.2国内外在该方向的研究现状及分析11.2课题任务31.3本文结构4第2章电子水平仪的总体设计52.1方案的确定52.1.1温度补偿的方案62.1.2零点补偿的方案72.2传感器的选择82.2.1电容传感器82.2.2本课题所采用的传感器类型122.3A/D转换器的选择122.3.1AD转换器的分类及介绍122.3.2本课题中对AD转换器的选择142.4单片机的选择142.5本章小结15第3章系统的硬件设计16

2、3.1倾角传感器的设计16I3.1.1差动电容传感器测角原理163.1.2差动电容传感器结构设计163.2角度转换模块的设计173.2.1激励源电路设计183.2.2测量电桥203.2.3第一级放大电路213.2.4整流滤波电路233.2.5第二级放大电路273.3数据处理模块的设计293.3.1信号采集与A/D转换293.3.2单片机测量系统设计333.3.3LED显示363.3.4温度与零点误差补偿383.4本章小结41第4章系统的软件设计424.1总体流程图424.2按键服务程序434.3滤波程序434.4AD转换程序4

3、44.5数据处理464.6LED显示程序464.7自动调零程序464.8本章小结47结论48参考文献49致谢51附录1开题报告52附录2文献综述61附录3中期报告67附录4文献翻译75附录5文献翻译原文83I第1章绪论第1章绪论1.1课题背景1.1.1课题的目的和意义水平仪从过去简单的气泡水平仪到现在的电子水平仪已经历经多次更新。电子水平仪是一种非常急需的测量小角度的量具。用它可测量对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度，机床、仪器导轨的直线度，工作台平面度，以及平板的平面度等。在机械测量及光机电技术一体化技术应用中占

4、有重要地位。随着精密制造技术的发展，已有的电子水平仪不能满足精度要求，国内数显式电子水平仪灵敏度、反应时间等与国外相比，差距较大。研究分辨率更高、性能更好的智能电子水平仪具有重要意义。随着计算机应用技术的不断发展，微控制器在工业测量和控制领域内的应用越来越广泛；在很多计量检测仪器中应用了单片机，使计量检测仪器具有了一定程度的智能，但在电子水平仪中微控制器的应用尚不多见。1.1.2国内外在该方向的研究现状及分析目前国内已有的水平仪不能很好的满足生产和应用的需求，国内电子水平仪的生产和研制能力与国外相比相对落后。尤其是存在着智能化

5、程度不高，对数据缺乏处理能力，无法一次性测量出被测面倾斜角和方位角等缺点。近年来，国内在水平仪的研制开发方面取得了不少进展。湛江师范学院测试中心的孙国敏、林劲松研制的智能化水平仪，以单片机作为中枢系统配上传感器、A/D转换器等外围部件，可自动检测物体与标准水平面的倾斜程度。传感器有两个金属圆筒构成，小圆筒固定在大圆筒内并密封。大圆筒和小圆筒之间充满整个容量一半左右的流体介质。电介质呈粘滞性液体，在小圆筒内壁和大圆筒外壁各引出一根导线，当它水平时有一电容值，当平板发生一偏转角度后，该圆柱电容值的变化与偏转角度的正切成线性关系，形

6、如45第1章绪论，a、b为常量，只与传感器本身有关。每一个倾斜角度对应一个电容值，于是在测量物体的倾斜度时，可用电容值的变化来反应被测物体的倾斜角度，经A/D转换和8031的处理后，倾斜角度由液晶显示器显示出来。不过该传感器在灵敏度方面有所欠缺，有待于进一步改进[1]。随着光学应用领域的不断扩展，也相应的产生了一些基于光电原理的光电式水平仪和激光式水平仪。上海交通大学的李佳列、颜国正等研制的数字式电子水平仪，由带CCD的普通探头、CCD信号驱动板、整形电路、单片机及后继电路四部分构成，采用普通水平仪的探头、内灌黑色油状液体放在

7、一个暗盒内，顶部有一气泡，气泡长度为5～7mm之间，探头一边为毛玻璃和一组小灯泡，模拟出近似的平行光源，另一边为有2160个象元的线阵CCD传感器(该传感器用到其中的2048个象元)。检测水平度时，让灯泡发光，有气泡处CCD接收到光信号，输出信号数字信号1(整形后)，无气泡处光信号被溶液吸收，输出数字信号0。通过算法对串行信号的处理来判断气泡的位置，算出气泡的中心，最后通过气泡中心位置得到倾斜角度。研制出的样机探头长为28.7mm，圆柱面半径为l所时，量程为±50′，分辨率达到23.1″，反应时间小于10ms(CCD采样频率为

8、20MHz)[2]。由南京理工大学应用物理系的袁红星、贺安之等人研制的用PSD构成的全方位高准确度数字水平仪，是用连续型光电位置探测器作为传感器，由半导体激光器另加配重并悬挂于壳体顶部作为竖直基准，辅以高准确度信号变换电路，以单片机进行数据处理和显示。当激光器的悬挂点距光敏面