角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)屬于慣性器件測(cè)試領(lǐng)域，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的測(cè)量精度低、成本高和無(wú)法在惡劣環(huán)境中可靠使用的問(wèn)題。本發(fā)明的角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面固定在臺(tái)體上方，臺(tái)體固定在基座上，基準(zhǔn)靶標(biāo)固定在角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的側(cè)面；感應(yīng)線圈與信號(hào)采集與處理模塊固定在支架上，感應(yīng)線圈與基準(zhǔn)靶標(biāo)平行，基準(zhǔn)靶標(biāo)的靶條與角振動(dòng)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸平行；信號(hào)采集與處理模塊快速采集感應(yīng)線圈的感應(yīng)電流，并通過(guò)標(biāo)定參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算出角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的角位置，信號(hào)采集與處理模塊通過(guò)通信電纜將采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)與角度關(guān)系的變換程序直接計(jì)算出角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。本發(fā)明通測(cè)量精度高、成本低，實(shí)現(xiàn)了在惡劣環(huán)境中的可靠使用。
【專利說(shuō)明】角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于慣性器件測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]陀螺是測(cè)量載體相對(duì)于慣性空間運(yùn)動(dòng)角速度的一種傳感器，在民用與軍用領(lǐng)域得到廣泛使用。頻率特性是衡量陀螺動(dòng)態(tài)特性的重要指標(biāo)，通常用帶寬表示。角振動(dòng)臺(tái)是測(cè)量陀螺動(dòng)態(tài)性能的主要設(shè)備，能精確地模擬載體角運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，具有工作頻帶寬，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]陀螺動(dòng)態(tài)特性測(cè)試過(guò)程中需要實(shí)時(shí)精確測(cè)量角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息，傳統(tǒng)的臺(tái)面角位置信息測(cè)量通過(guò)激光干涉儀完成。其主要原理是一個(gè)光學(xué)組件(角度反射鏡)相對(duì)于另一個(gè)光學(xué)組件(角度干涉鏡)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致兩條測(cè)量光束之間的光程差發(fā)生變化，這種光程差的變化由激光系統(tǒng)的條紋計(jì)數(shù)器確定，并且由軟件轉(zhuǎn)換成角度測(cè)量值或角度誤差。
[0004]參見(jiàn)附圖1，傳統(tǒng)利用激光干涉儀進(jìn)行角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)包括角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面1、臺(tái)體2、基座3、移動(dòng)角錐反射鏡4、分光鏡5、固定角錐反射鏡6、激光干涉儀7、數(shù)據(jù)傳輸電纜8和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)9 ;此方案測(cè)試過(guò)程中，移動(dòng)角錐反射鏡4與臺(tái)面I固聯(lián)安裝，激光干涉儀7發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)分光鏡5與固定角錐反射鏡6后進(jìn)入移動(dòng)角錐反射鏡4，移動(dòng)角錐反射鏡4隨臺(tái)面I運(yùn)動(dòng)反射出含角運(yùn)動(dòng)信息的激光，再次經(jīng)過(guò)分光鏡5與固定角錐反射鏡6，最后進(jìn)入激光干涉儀7，兩條測(cè)量光束之間的光程差發(fā)生變化，由激光干涉儀7中的條紋計(jì)數(shù)器確定，并由軟件轉(zhuǎn)換成角度測(cè)量值。此方案適用于對(duì)微小角度進(jìn)行測(cè)量，一般對(duì)環(huán)境的要求極為苛刻，而且儀器結(jié)構(gòu)精密，穩(wěn)定性不好，元器件性能要求高，因而通常只作為一種測(cè)量基準(zhǔn)和檢測(cè)手段，很難用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。此外，激光干涉儀測(cè)量精度高，價(jià)格通常為60萬(wàn)?80萬(wàn)，需要配套各種光學(xué)組件，且光路調(diào)整繁瑣，具有成本高、系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)，因此不適合商業(yè)化大批量的生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的測(cè)量精度低、成本高和無(wú)法在惡劣環(huán)境中可靠使用的問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)包括角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面、臺(tái)體、基座、基準(zhǔn)靶標(biāo)、感應(yīng)線圈、信號(hào)采集與處理模塊、支架和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)；
[0007]所述角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面固定在所述臺(tái)體上方，所述臺(tái)體固定在所述基座上，所述基準(zhǔn)靶標(biāo)固定在所述角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的側(cè)面；所述感應(yīng)線圈與所述信號(hào)采集與處理模塊固定在所述支架上，所述感應(yīng)線圈與所述基準(zhǔn)靶標(biāo)平行，所述基準(zhǔn)靶標(biāo)的靶條與角振動(dòng)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸平行；
[0008]所述信號(hào)采集與處理模塊快速采集感應(yīng)線圈的感應(yīng)電流，并通過(guò)標(biāo)定參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算出角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的角位置，所述信號(hào)采集與處理模塊通過(guò)通信電纜將采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)通過(guò)變換程序直接計(jì)算出角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
[0009]所述基準(zhǔn)靶標(biāo)為可彎曲的精密齒狀金屬平板，包括金屬齒和金屬平板，所述金屬齒均勻分布在所述金屬平板上，金屬齒的寬度與相鄰兩個(gè)金屬齒之間的距離相等；角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的半徑為R(mm)，金屬齒的寬度與間隔均為d(mm),金屬板的長(zhǎng)度為D(mm),角度分辨率Θ (° )，角度測(cè)量總范圍Ψ(° )之間的關(guān)系可分別表示為:
[0010]d = Θ R JI /180
[0011]D = ￥R /180
[0012]測(cè)試過(guò)程中要求角度分辨率Θ =0.01°，角度測(cè)量總范圍Ψ為10°。
[0013]所述信號(hào)采集于處理模塊包括微處理器MCU和電感傳感器，所述電感傳感器通過(guò)SPI接口與微處理器MCU進(jìn)行通信，所述微處理器MCU的CAN2.0B接口通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電纜與數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)連接。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)基準(zhǔn)靶標(biāo)、感應(yīng)線圈和信號(hào)采集于處理模塊構(gòu)成的電感傳感器角位置測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量角振動(dòng)套臺(tái)面的角位置信息，與現(xiàn)有技術(shù)相比，減少了一套激光干涉儀，降低了硬件成本與操作復(fù)雜性，同時(shí)又可以實(shí)時(shí)精確測(cè)量角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息，滿足慣性器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試要求。測(cè)量精度高、成本低，實(shí)現(xiàn)了在惡劣環(huán)境中的可靠使用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)激光干涉儀測(cè)量角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息的原理示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量原理示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明的角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)中基準(zhǔn)靶標(biāo)外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明的角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)中感應(yīng)線圈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為本發(fā)明的角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)采集與處理模塊電路原理意圖；
[0020]其中:1、角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面，2、臺(tái)體，3、基座，4、移動(dòng)角錐反射鏡，5、分光鏡，6、固定角錐反射鏡，7、激光干涉儀，8、數(shù)據(jù)傳輸電纜，9、數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，10、基準(zhǔn)靶標(biāo)，11、感應(yīng)線圈，12、信號(hào)采集與處理模塊，13、支架，14、金屬齒，15、金屬平板，16、PCB板，17、螺旋狀線圈，18、微處理器MCU，19、電感傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]參見(jiàn)附圖2，本發(fā)明的角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)包括角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面1、臺(tái)體2、基座3、基準(zhǔn)靶標(biāo)10、感應(yīng)線圈11、信號(hào)采集與處理模塊12、支架13和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)9;
[0023]所述角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面I固定在所述臺(tái)體2上方，所述臺(tái)體2固定在所述基座3上，所述基準(zhǔn)靶標(biāo)10固定在所述角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面I的側(cè)面；所述感應(yīng)線圈11與所述信號(hào)采集與處理模塊12固定在所述支架13上，所述感應(yīng)線圈11與水平面保持垂直,與所述基準(zhǔn)靶標(biāo)10平行，所述基準(zhǔn)靶標(biāo)10的靶條與角振動(dòng)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸平行；
[0024]所述信號(hào)采集與處理模塊12快速采集感應(yīng)線圈11的感應(yīng)電流，并通過(guò)標(biāo)定參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算出角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面I的角位置，所述信號(hào)采集與處理模塊12通過(guò)通信電纜將采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)9，所述數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)9通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)與角度關(guān)系的變換程序直接計(jì)算出角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面I轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
[0025]參見(jiàn)附圖4，所述感應(yīng)線圈11包括PCB板16和螺旋狀線圈17，螺旋狀線圈17按螺旋曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行PCB板16的制版與加工，形成感應(yīng)線圈，PCB板16為邊長(zhǎng)50mm的正方形，螺旋狀線圈17為線型寬度2_的阿基米德螺旋線。
[0026]參見(jiàn)附圖3，所述基準(zhǔn)靶標(biāo)10為可彎曲的精密齒狀金屬平板15，包括金屬齒14和金屬平板15,所述金屬齒14均勻分布在所述金屬平板15上,金屬齒14的寬度與相鄰兩個(gè)金屬齒14之間的距離相等。角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面I的半徑為R(mm)，金屬齒14的寬度與間隔均為d(mm)，金屬板15的長(zhǎng)度為D(mm)，角度分辨率Θ (° )，角度測(cè)量總范圍￥(° )之間的關(guān)系可分別表示為:
[0027]d = Θ R Ji /180
[0028]D = /180
[0029]測(cè)試過(guò)程中要求角度分辨率Θ = 0.01°，角度測(cè)量總范圍Ψ為10°，假設(shè)R =150mm,則根據(jù)公式可計(jì)算得到d = 0.026mm, D = 26mm?；鶞?zhǔn)祀標(biāo)10通過(guò)激光加工機(jī)進(jìn)行精密齒狀加工。
[0030]參見(jiàn)附圖5，所述信號(hào)采集于處理模塊包括微處理器MCU18和電感傳感器19，所述電感傳感器19通過(guò)SPI接口與微處理器MCU18進(jìn)行通信，所述微處理器MCU18的CAN2.0B接口通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電纜8與數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)9連接。微處理器MCU18選用Freescale公司的位單片機(jī)MC9S12B128MFUE，具有I個(gè)CAN2.0B接口通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電纜8與數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)9進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，還具有I個(gè)SPI接口與電感傳感器19進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。電感傳感器19選用TI公司的LDC1000，它提供了位的諧振阻抗和位的電感值，可以實(shí)現(xiàn)亞微米的感測(cè)精度，電感傳感器19具有I個(gè)SPI接口與微處理器MCU18進(jìn)行通信，并且在工作時(shí)由MCU提供時(shí)鐘基準(zhǔn)，電感傳感器19敏感感應(yīng)線圈11傳感器的感應(yīng)電流，并通過(guò)INTB向微處理器MCU18發(fā)送中斷信號(hào)，微處理器MCU18接收中斷信號(hào)后進(jìn)行通過(guò)SPI接口讀取傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)CAN接口將距離信息發(fā)送給數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)9。數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)9通過(guò)變換程序可直接計(jì)算出角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面I轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
【權(quán)利要求】
1.角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，包括角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面(I)、臺(tái)體(2)、基座(3)和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)(9);其特征在于，還包括、基準(zhǔn)靶標(biāo)(10)、感應(yīng)線圈(11)、信號(hào)采集與處理模塊(12)和支架(13)； 所述角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面(I)固定在所述臺(tái)體(2)上方，所述臺(tái)體(2)固定在所述基座(3)上，所述基準(zhǔn)靶標(biāo)(10)固定在所述角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面(I)的側(cè)面；所述感應(yīng)線圈(11)與所述信號(hào)采集與處理模塊(12)固定在所述支架(13)上，所述感應(yīng)線圈(11)與所述基準(zhǔn)靶標(biāo)(10)平行，所述基準(zhǔn)靶標(biāo)(10)的靶條與角振動(dòng)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸平行； 所述信號(hào)采集與處理模塊(12)快速采集感應(yīng)線圈(11)的感應(yīng)電流，并通過(guò)標(biāo)定參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算出角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面(I)的角位置，所述信號(hào)采集與處理模塊(12)通過(guò)通信電纜將采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)(9)，所述數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)(9)通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)與角度關(guān)系的變換程序直接計(jì)算出角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面(I)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)靶標(biāo)(10)為可彎曲的精密齒狀金屬平板(15)，包括金屬齒(14)和金屬平板(15)，所述金屬齒(14)均勻分布在所述金屬平板(15)上，金屬齒(14)的寬度與相鄰兩個(gè)金屬齒(14)之間的距離相等；角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面(I)的半徑為R(mm)，金屬齒(14)的寬度與間隔均為d(mm)，金屬板(15)的長(zhǎng)度為D(mm)，角度分辨率Θ (° )，角度測(cè)量總范圍￥(° )之間的關(guān)系可分別表示為:
d = Θ R Ji /180
D = vR Ji /180 測(cè)試過(guò)程中要求角度分辨率Θ =0.01°，角度測(cè)量總范圍Ψ為10°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面角位置信息實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)采集于處理模塊包括微處理器MCU(18)和電感傳感器(19)，所述電感傳感器(19)通過(guò)SPI接口與微處理器MCU (18)進(jìn)行通信，所述微處理器MCU (18)的CAN2.0B接口通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電纜(8)與數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)(9)連接。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK104316077SQ201410427246
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】孫婷婷, 儲(chǔ)海榮, 賈宏光, 陳陽(yáng), 張百?gòu)?qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所