[发明专利]一种角度测量装置和方法及工程机械

说明书

技术领域

本发明涉及一种角度测量技术，特别涉及一种角度测量装置和方法，还 涉及到具有该角度测量装置的工程机械。

背景技术

基于加速度传感器的角度测量装置具备体积小、功耗低、响应速度快和 可靠性高等优点，因此，此种角度测量装置已经广泛应用于工程机械领域， 用于实时测量预定部件的角度参数，以为工程机械的控制提供位置信息。

加速度传感器一般包括敏感元件，在受到作用力的作用时，该敏感元件可 以在预定的敏感轴方向移动，且其移动产生的位移与受到作用力成预定的比例 关系；这样，可以根据位移确定受到的作用力，进而实现对加速度的测量。在 测量过程中，敏感元件的位移变化首先转换为相应的电信号，再将获得的电信 号经过放大、降噪，模数转换得到数字信号；最后，根据信号与加速度预定的 关系，获得被检测部件在敏感轴方向上的加速度，或被检测部件受到作用力的 方向和大小。

基于加速度传感器的角度测量装置的工作原理是：在加速度传感器水平放 置时，敏感元件在敏感轴方向上受到由重力产生的作用力为零，加速度传感器 输出一个预定参数，也就是角度测量装置的零位时输出的参数zeroset。在角度 测量装置的敏感轴与水平面成一定角度时，重力在敏感轴方向会产生相应的分 力，该分力会使敏感元件产生相应的位移，此时，加速度传感器输出与此时角 度相对应的表征加速度的参数X，然后通过微处理器对输出的参数进行处理， 并根据预定敏感轴的正方向和负方向，输出角度参数。角度参数的获取方法可 以为：α=arcsin｛（X-zeroset）/sensitivity｝，其中α为角度参数，sensitivity 为角度测量装置的灵敏系数；X-zeroset表示在敏感轴方向，与敏感元件位 移相对应的量。当然，角度测量装置可以根据初始位置、角度、测量的目的不 同，对角度参数进行转换，以使输出的角度参数符合预定的要求，实现预定的 目的。

根据上述描述，基于加速度传感器的角度测量装置输出的角度参数决定 于敏感轴与重力方向之间的夹角，具体是敏感轴预定的正方向与重力方向之 间角度。

根据上述描述可以看出，角度测量装置的测量角度参数需要以加速度传 感器处于静止状态，敏感元件仅受重力作用为基础；因此，在角度测量装置 处于运动状态时，获得的角度参数很难准确地表征其实际的角度。

然而，在利用上述角度测量装置测量工程机械相应部件的角度时，工程 机械动作的多样性和频繁性，经常使角度测量装置处于运动状态；此状态下， 加速度传感器的敏感元件不仅受到重力作用，还可能受到其他作用力的作用， 这些作用力就形成了对角度测量装置的外界干扰，该外界干扰会使加速度传 感器的敏感元件产生位移，从而降低角度测量装置的测量精度。例如，在混 凝土泵车的臂架系统绕竖轴旋转过程中，臂架系统上的角度测量装置不仅要 受到重力作用，还会受到由于旋转而产生的向心力，此时，臂架系统上的角 度测量装置获得的角度参数就会产生很大的误差。为了获得比较准确的角度 参数，一般需要等待臂架系统静止后再获取角度参数，这无疑会影响混凝土 泵车的操作性能和作业效率。虽然角度测量装置可以通过滤波装置减小振动 对角度测量装置测量精度的影响；但滤波装置并不能消除外界干扰对角度测 量装置的不利影响。

如何降低外界干扰对角度测量的影响，提高角度测量装置的测量精度是 当前技术人员面临的技术难题。

发明内容

针对上述技术难题，本发明的一方面的目的在于，提供一种角度测量装 置和方法，以降低外界干扰对角度测量的影响，提高角度测量装置的测量精 度。

本发明另一方面的目的在于，提供一种具有上述角度测量装置的工程机 械，以提高工程机械的操作性能和工作效率。

为了实现第一方面的目的，本发明提供的角度测量装置包括微处理器、 主加速度传感器，输出装置，与现有技术的区别在于，还包括至少一个副加 速度传感器、所述主加速度传感器主敏感轴的正方向与副加速度传感器副敏 感轴的正方向之间具有预定角度，该预定角度大于90度，且小于270度；所 述主加速度传感器和副加速度传感器分别输出第一初始参数和第二初始参 数；所述微处理器根据第一初始参数、第二初始参数和预定角度获得主加速 度传感器的第一实际参数，再根据该第一实际参数获得角度参数；所述第一 实际参数表征在未受外界干扰时，主加速度传感器输出的参数；

其中，第一实际参数通过以下公式获得：