專利名稱：拉線式測角系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明拉線式測角系統(tǒng)涉及的是一種基于高精度拉線式編碼傳感器的測角系統(tǒng)，特別是一種應用于間瞄火炮身管旋轉(zhuǎn)角度測量的裝置。其功能是在不對間瞄火炮裝備進行結(jié)構(gòu)改造的前提下，精密測量火炮身管投影到水平面上的旋轉(zhuǎn)角度，并消除火炮自身結(jié)構(gòu)“空回”的影響。
背景技術(shù)：
光電編碼器是一種常見的用于測量機構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度的傳感器。當該傳感器用于火炮身管旋轉(zhuǎn)角度測量時，需要對火炮裝備進行改造，將編碼器與火炮轉(zhuǎn)軸聯(lián)動，該方法算法簡捷，測量精度較高，但測量設備無法簡便地應用到實裝火炮以實現(xiàn)對炮兵操炮過程的考核。
另一種精度較高且測量方式較為簡便的方法是使用捷聯(lián)慣導系統(tǒng)，但該系統(tǒng)常用于航天和 航空設備，造價昂貴，不適合在間瞄火炮操作訓練的場合使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述不足之處提供一種拉線式測角系統(tǒng)，是一種基于高精度拉線式編碼傳感器的測角系統(tǒng)，是一種結(jié)構(gòu)簡單、高精度、低造價的火炮水平旋轉(zhuǎn)角度自動測量儀器。本發(fā)明拉線式測角系統(tǒng)是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)
本發(fā)明拉線式測角系統(tǒng)由拉線長度測量機構(gòu)、解算電路和校準電路組成。拉線長度測量機構(gòu)包括拉線式編碼器、固定及導向裝置、水平測量裝置。所述拉線式編碼器采用德國產(chǎn)的拉線式編碼器，為高分辨率測試設備，該拉線式編碼器能夠測量出設備自帶的拉線變化量，其最大測量值為10米，分辨率為O. 05毫米，系統(tǒng)通過測量該拉線式編碼器拉線長度的變化計算對應角度的變化值。拉線式編碼器的殼體側(cè)部配有螺紋安裝孔，安裝部件通過螺紋孔與編碼器連接，通過夾緊裝置與火炮護盾進行連接固定，同時設置了調(diào)整手輪，用于拉線導向，可使拉線抽頭指向固定裝置。固定裝置采用三角架，通過地釘固定，防止拉線抽頭連接后發(fā)生搖晃，拉線抽頭拉環(huán)連接位置上下固定，通過調(diào)整整體連接裝置調(diào)節(jié)拉線的水平狀態(tài)，拉線在水平面上可調(diào)節(jié)方向。固定裝置放置在火炮護盾的側(cè)前方約2米處，水平測量裝置通過一個輕型掛接裝置掛接到拉線上，調(diào)整時測量拉線的水平狀態(tài)。當火炮身管旋轉(zhuǎn)時，護盾與之旋轉(zhuǎn)的角度一致，拉線始終處于水平狀態(tài)，且長度隨身管旋轉(zhuǎn)發(fā)生改變，通過計算改變量可得到火炮身管的水平旋轉(zhuǎn)角度。解算電路與拉線式編碼器通過RS422接口進行數(shù)據(jù)通信，解算電路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3內(nèi)核的微處理器，具有浮點運算的功能。解算電路將采集到的拉線長度變化量按理論算法進行解算后獲得火炮身管旋轉(zhuǎn)的角度變化量，經(jīng)過與計算機計算數(shù)值對比，該電路計算精度能夠達到10_6度，完全能夠滿足使用的精度要求。校準電路也采用了 ARM -Cortex3系列微處理器，通過RS232接口與解算電路連接，包含一組操作鍵盤和顯示數(shù)碼管。校準電路主要用于系統(tǒng)在使用之前的初始化，當拉線調(diào)整水平后，需要對系統(tǒng)進行初始化，通過校準電路輸入初始化數(shù)據(jù)后，解算電路能夠獲得使用時所必須的初始角度和長度數(shù)據(jù)。在使用過程中，校準電路無須與解算電路保持連接。本發(fā)明的技術(shù)效果
I.采用高精度拉線式編碼器和高速、高性能ARM微處理芯片相結(jié)合，有效地將拉線式編碼器測量的長度變化量轉(zhuǎn)化為間瞄火炮身管的角度變化量。測量精度高，能夠達到小于
I.5密位的測量精度，相對于先技術(shù)中的慣性捷聯(lián)導航系統(tǒng)造價顯著降低，并不會產(chǎn)生先技術(shù)中使用傳統(tǒng)編碼器方式對實裝火炮加以改裝的問題。2.采用的裝夾方式較為簡捷，通過夾具可將拉線長度測量機構(gòu)快速有效地與間瞄 火炮的護盾連接，不對實裝火炮進行任何形式的改造。拉線式編碼器的拉線抽頭上帶有套環(huán)，可有效保證與固定點的接觸面積較小，以增加測量精度。水平調(diào)節(jié)機構(gòu)設置在拉線抽頭處，通過水平測量儀能有效保證拉線的水平。3.旋轉(zhuǎn)角度的算法基于拉線長度的變化量，無須精確測量拉線的初始長度，可降低初始化時對操作者的使用難度，并有效消除系統(tǒng)自身的初始安裝誤差。


以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明
圖I是本發(fā)明拉線式測角系統(tǒng)的原理示意圖。圖2是本發(fā)明拉線式測角系統(tǒng)各部件的裝配圖。圖3是本發(fā)明拉線式測角系統(tǒng)安裝在間瞄火炮上的示意圖。圖中1、鎖緊調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，2、固定夾具，3、調(diào)節(jié)手輪，4、拉線式編碼器，5、拉線，6、水平測量裝置，7、拉線固定環(huán)，8、三角架，9、地釘，10、火炮護盾。
具體實施例方式參照附圖I 3，本發(fā)明拉線式測角系統(tǒng)由拉線長度測量機構(gòu)、解算電路和校準電路組成。拉線長度測量機構(gòu)包括拉線式編碼器4、三角架8、拉線固定環(huán)7、水平測量裝置6。所述拉線式編碼器采用德國產(chǎn)的拉線式編碼器，為高分辨率測試設備，該拉線式編碼器能夠測量出設備自帶的拉線變化量，其最大測量值為10米，分辨率為O. 05毫米，系統(tǒng)通過測量該拉線式編碼器拉線長度的變化計算對應角度的變化值。拉線式編碼器的殼體側(cè)部配有螺紋安裝孔，安裝部件通過螺紋孔與編碼器連接，通過固定夾具2與火炮護盾進行連接固定，同時設置了調(diào)節(jié)手輪3用于拉線導向，可使拉線抽頭指向固定裝置。固定裝置采用三角架8，通過地釘9固定，防止拉線抽頭連接后發(fā)生搖晃，拉線抽頭拉環(huán)連接位置上下固定，通過調(diào)整三角架8的高度調(diào)節(jié)拉線5的水平狀態(tài)，拉線5在水平面上可調(diào)節(jié)方向。固定裝置放置在火炮護盾的側(cè)前方約2米處，水平測量裝置6通過一個輕型掛接裝置掛接到拉線上，調(diào)整時測量拉線的水平狀態(tài)。水平測量裝置采用市售水平測量器。當火炮身管旋轉(zhuǎn)時，護盾與之旋轉(zhuǎn)的角度一致，拉線始終處于水平狀態(tài)，且長度隨身管旋轉(zhuǎn)發(fā)生改變，通過計算改變量可得到火炮身管的水平旋轉(zhuǎn)角度。解算電路與拉線式編碼器通過RS422接口進行數(shù)據(jù)通信，解算電路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3內(nèi)核的微處理器，具有浮點運算的功能。解算電路將采集到的拉線長度變化量按理論算法進行解算后獲得火炮身管旋轉(zhuǎn)的角度變化量，經(jīng)過與計算機計算數(shù)值對比，該電路計算精度能夠達到10_6度，完全能夠滿足使用的精度要求。校準電路也采用了 ARM _Cortex3系列微處理器，通過RS232接口與解算電路連接，包含一組操作鍵盤和顯示數(shù)碼管。校準電路主要用于系統(tǒng)在使用之前的初始化，當拉線調(diào)整水平后，需要對系統(tǒng)進行初始化，通過校準電路輸入初始化數(shù)據(jù)后，解算電路能夠獲得使用時所必須的初始角度和長度數(shù)據(jù)。在使用過程中，校準電路無須與解算電路保持連接。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)角度的算法基于拉線長度的變化量，無須精確測量拉線的初始長度，可降低初始化時對操作者的使用難度，并有效消除系統(tǒng)自身的初始安裝誤差。先參閱圖I所示。本發(fā)明拉線式測角系統(tǒng)的設計基于圖中所示的幾何原理。如圖I :A為火炮身管水平旋轉(zhuǎn)中心，E為編碼器的拉線固定點，D點代表初始位置時傳感器的固定點，C、B、F代表三次轉(zhuǎn)向傳感器固定點。 火炮身管先調(diào)整至水平位置，身管向背離拉線固定位置方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)三次方位角，每次角度增量Δ辦并通過拉線式編碼器得到三次對應的拉線長度增量相對初始位置時的增量)，此時可解算出初始角度、初始長度等數(shù)據(jù)。實際測量時根據(jù)這些計算結(jié)果可測量實際火炮偏轉(zhuǎn)角度。具體計算過程，由余弦公式得出，下文中4為身管與拉線的初始夾角，L為拉線的初始長度，a' b分別為身管長度和旋轉(zhuǎn)中心到固定點D的距離。( I)初始位置
cos& = ~^^ =將a2 +b2 記為7、Iab 記為;c，下同)
(2)第一次水平偏轉(zhuǎn)Δ5
傘Δ約=化K = ^L+^f
2abX
(3)第二次水平偏轉(zhuǎn)
咖(料2Ag)Z+^(￡+叫 Ι”(￡+蝴2
2ahK
(4)第二次水平偏轉(zhuǎn)Δ5
2abκ
后三式分別與一式相減，得
z的 Θ— cos(g + Ag)= 2ijAA+AA
X
^ ,, μ 2LAL, +Ali cos 5-cos + 2Δ =---—
X
cosg-cos(g + 3Ag)= 2LALi + ALi
X
上述方程組將角度和的余弦展開后，提出后兩兩相比，可得ig0、x、z，從而#隹一可知。正式測量過程由于基準射向β、χ、Ι；已知，炮口偏轉(zhuǎn)一定角未知，此時對應拉線傳感器的長度增量Δ4,由此可得
權(quán)利要求
1.一種拉線式測角系統(tǒng)，其特征在于由拉線長度測量機構(gòu)、解算電路和校準電路組成；拉線長度測量機構(gòu)包括拉線式編碼器、固定及導向裝置、水平測量裝置；拉線式編碼器的殼體側(cè)部配有螺紋安裝孔，安裝部件通過螺紋孔與編碼器連接，通過固定夾具與火炮護盾進行連接固定，同時設置了調(diào)整手輪，用于拉線導向，可使拉線抽頭指向固定裝置；固定裝置采用三角架樣式，通過地釘固定，防止拉線抽頭連接后發(fā)生搖晃，拉線抽頭拉環(huán)連接位置上下固定，通過調(diào)整三角架的整體高度調(diào)節(jié)拉線的水平狀態(tài)，拉線在水平面上可調(diào)節(jié)方向；固定裝置放置在火炮護盾的側(cè)前方2米處，水平測量裝置直接掛接到拉線上，調(diào)整時測量拉線的水平狀態(tài)，當火炮身管旋轉(zhuǎn)時，護盾與之旋轉(zhuǎn)的角度一致，拉線始終處于水平狀態(tài)，且長度隨身管旋轉(zhuǎn)發(fā)生改變，通過計算改變量可得到火炮身管的水平旋轉(zhuǎn)角度； 解算電路與拉線式編碼器通過RS422接口進行數(shù)據(jù)通信，解算電路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3內(nèi)核的微處理器，具有浮點運算的功能，解算電路將采集到的拉線長度變化量按理論算法進行解算后獲得火炮身管旋轉(zhuǎn)的角度變化量，經(jīng)過與計算機計算數(shù)值對 t匕，該電路計算精度能夠達到10_6度； 校準電路也采用了 ARM _Cortex3系列微處理器，通過RS232接口與解算電路連接，包含一組操作鍵盤和顯示數(shù)碼管，校準電路用于系統(tǒng)在使用之前的初始化，當拉線調(diào)整水平后，需要對系統(tǒng)進行初始化，通過校準電路輸入初始化數(shù)據(jù)后，解算電路能夠獲得使用時所必須的初始角度和長度數(shù)據(jù)，在使用過程中，校準電路無須與解算電路保持連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拉線式測角系統(tǒng)，其特征在于采用的所述拉線式編碼器采用德國產(chǎn)的拉線式編碼器，拉線式編碼器能夠測量出設備自帶的拉線變化量，其最大測量值為10米，分辨率為O. 05毫米，通過測量拉線式編碼器拉線長度的變化計算對應角度的變化值。
全文摘要
本發(fā)明拉線式測角系統(tǒng)涉及的是一種基于高精度拉線式編碼傳感器的測角系統(tǒng)，特別是一種應用于間瞄火炮身管旋轉(zhuǎn)角度測量的裝置。其功能是在不對間瞄火炮裝備進行結(jié)構(gòu)改造的前提下，精密測量火炮身管投影到水平面上的旋轉(zhuǎn)角度，并消除火炮自身結(jié)構(gòu)“空回”的影響。由拉線長度測量機構(gòu)、解算電路和校準電路組成；拉線長度測量機構(gòu)包括拉線式編碼器、固定及導向裝置、水平測量裝置；解算電路與拉線式編碼器通過RS422接口進行數(shù)據(jù)通信，解算電路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3內(nèi)核的微處理器；校準電路也采用了ARM-Cortex3系列微處理器，通過RS232接口與解算電路連接，包含一組操作鍵盤和顯示數(shù)碼管。
文檔編號G01B21/22GK102721392SQ20111041521
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者萬華, 余輝龍, 呂戰(zhàn)強, 彭海峰, 徐宏坤, 李富春, 謝勤偉, 陳 峰, 陳金業(yè) 申請人:中國人民解放軍總參謀部第六十研究所