角振动台台面角位置信息实时测量系统的制作方法
【专利摘要】角振动台台面角位置信息实时测量系统属于惯性器件测试领域，目的在于解决现有技术存在的测量精度低、成本高和无法在恶劣环境中可靠使用的问题。本发明的角振动台台面固定在台体上方，台体固定在基座上，基准靶标固定在角振动台台面的侧面；感应线圈与信号采集与处理模块固定在支架上，感应线圈与基准靶标平行，基准靶标的靶条与角振动台的旋转轴平行；信号采集与处理模块快速采集感应线圈的感应电流，并通过标定参数实时计算出角振动台台面的角位置，信号采集与处理模块通过通信电缆将采集的数据传输至数据采集计算机，数据采集计算机通过脉冲计数与角度关系的变换程序直接计算出角振动台台面转动的角度。本发明通测量精度高、成本低，实现了在恶劣环境中的可靠使用。
【专利说明】角振动台台面角位置信息实时测量系统
【技术领域】
[0001]本发明属于惯性器件测试领域，具体涉及一种角振动台台面角位置信息实时测量系统。
【背景技术】
[0002]陀螺是测量载体相对于惯性空间运动角速度的一种传感器，在民用与军用领域得到广泛使用。频率特性是衡量陀螺动态特性的重要指标，通常用带宽表示。角振动台是测量陀螺动态性能的主要设备，能精确地模拟载体角运动状态，具有工作频带宽，测量精度高，稳定性好等优点。
[0003]陀螺动态特性测试过程中需要实时精确测量角振动台台面角位置信息，传统的台面角位置信息测量通过激光干涉仪完成。其主要原理是一个光学组件(角度反射镜)相对于另一个光学组件(角度干涉镜)旋转，导致两条测量光束之间的光程差发生变化，这种光程差的变化由激光系统的条纹计数器确定，并且由软件转换成角度测量值或角度误差。
[0004]参见附图1，传统利用激光干涉仪进行角振动台台面角位置信息测量的测量系统包括角振动台台面1、台体2、基座3、移动角锥反射镜4、分光镜5、固定角锥反射镜6、激光干涉仪7、数据传输电缆8和数据处理计算机9 ;此方案测试过程中，移动角锥反射镜4与台面I固联安装，激光干涉仪7发射的激光经过分光镜5与固定角锥反射镜6后进入移动角锥反射镜4，移动角锥反射镜4随台面I运动反射出含角运动信息的激光，再次经过分光镜5与固定角锥反射镜6，最后进入激光干涉仪7，两条测量光束之间的光程差发生变化，由激光干涉仪7中的条纹计数器确定，并由软件转换成角度测量值。此方案适用于对微小角度进行测量，一般对环境的要求极为苛刻，而且仪器结构精密，稳定性不好，元器件性能要求高，因而通常只作为一种测量基准和检测手段，很难用于现场测量。此外，激光干涉仪测量精度高，价格通常为60万?80万，需要配套各种光学组件，且光路调整繁琐，具有成本高、系统复杂的缺点，因此不适合商业化大批量的生产。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种角振动台台面角位置信息实时测量系统，解决现有技术存在的测量精度低、成本高和无法在恶劣环境中可靠使用的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明的角振动台台面角位置信息实时测量系统包括角振动台台面、台体、基座、基准靶标、感应线圈、信号采集与处理模块、支架和数据采集计算机；
[0007]所述角振动台台面固定在所述台体上方，所述台体固定在所述基座上，所述基准靶标固定在所述角振动台台面的侧面；所述感应线圈与所述信号采集与处理模块固定在所述支架上，所述感应线圈与所述基准靶标平行，所述基准靶标的靶条与角振动台的旋转轴平行；
[0008]所述信号采集与处理模块快速采集感应线圈的感应电流，并通过标定参数实时计算出角振动台台面的角位置，所述信号采集与处理模块通过通信电缆将采集的数据传输至数据采集计算机，所述数据采集计算机通过变换程序直接计算出角振动台台面转动的角度。
[0009]所述基准靶标为可弯曲的精密齿状金属平板，包括金属齿和金属平板，所述金属齿均匀分布在所述金属平板上，金属齿的宽度与相邻两个金属齿之间的距离相等；角振动台台面的半径为R(mm)，金属齿的宽度与间隔均为d(mm),金属板的长度为D(mm),角度分辨率Θ (° )，角度测量总范围Ψ(° )之间的关系可分别表示为:
[0010]d = Θ R JI /180
[0011]D = ￥R /180
[0012]测试过程中要求角度分辨率Θ =0.01°，角度测量总范围Ψ为10°。
[0013]所述信号采集于处理模块包括微处理器MCU和电感传感器，所述电感传感器通过SPI接口与微处理器MCU进行通信，所述微处理器MCU的CAN2.0B接口通过数据传输电缆与数据采集计算机连接。
[0014]本发明的有益效果为:本发明的角振动台台面角位置信息实时测量系统通过基准靶标、感应线圈和信号采集于处理模块构成的电感传感器角位置测量系统测量角振动套台面的角位置信息，与现有技术相比，减少了一套激光干涉仪，降低了硬件成本与操作复杂性，同时又可以实时精确测量角振动台台面角位置信息，满足惯性器件动态特性测试要求。测量精度高、成本低，实现了在恶劣环境中的可靠使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为现有技术中通过激光干涉仪测量角振动台台面角位置信息的原理示意图；
[0016]图2为本发明的角振动台台面角位置信息实时测量系统测量原理示意图；
[0017]图3为本发明的角振动台台面角位置信息实时测量系统中基准靶标外形结构示意图；
[0018]图4为本发明的角振动台台面角位置信息实时测量系统中感应线圈结构示意图；
[0019]图5为本发明的角振动台台面角位置信息实时测量系统中信号采集与处理模块电路原理意图；
[0020]其中:1、角振动台台面，2、台体，3、基座，4、移动角锥反射镜，5、分光镜，6、固定角锥反射镜，7、激光干涉仪，8、数据传输电缆，9、数据采集计算机，10、基准靶标，11、感应线圈，12、信号采集与处理模块，13、支架，14、金属齿，15、金属平板，16、PCB板，17、螺旋状线圈，18、微处理器MCU，19、电感传感器。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0022]参见附图2，本发明的角振动台台面角位置信息实时测量系统包括角振动台台面1、台体2、基座3、基准靶标10、感应线圈11、信号采集与处理模块12、支架13和数据采集计算机9;
[0023]所述角振动台台面I固定在所述台体2上方，所述台体2固定在所述基座3上，所述基准靶标10固定在所述角振动台台面I的侧面；所述感应线圈11与所述信号采集与处理模块12固定在所述支架13上，所述感应线圈11与水平面保持垂直,与所述基准靶标10平行，所述基准靶标10的靶条与角振动台的旋转轴平行；
[0024]所述信号采集与处理模块12快速采集感应线圈11的感应电流，并通过标定参数实时计算出角振动台台面I的角位置，所述信号采集与处理模块12通过通信电缆将采集的数据传输至数据采集计算机9，所述数据采集计算机9通过脉冲计数与角度关系的变换程序直接计算出角振动台台面I转动的角度。
[0025]参见附图4，所述感应线圈11包括PCB板16和螺旋状线圈17，螺旋状线圈17按螺旋曲线进行设计，并进行PCB板16的制版与加工，形成感应线圈，PCB板16为边长50mm的正方形，螺旋状线圈17为线型宽度2_的阿基米德螺旋线。
[0026]参见附图3，所述基准靶标10为可弯曲的精密齿状金属平板15，包括金属齿14和金属平板15,所述金属齿14均勻分布在所述金属平板15上,金属齿14的宽度与相邻两个金属齿14之间的距离相等。角振动台台面I的半径为R(mm)，金属齿14的宽度与间隔均为d(mm)，金属板15的长度为D(mm)，角度分辨率Θ (° )，角度测量总范围￥(° )之间的关系可分别表示为:
[0027]d = Θ R Ji /180
[0028]D = /180
[0029]测试过程中要求角度分辨率Θ = 0.01°，角度测量总范围Ψ为10°，假设R =150mm,则根据公式可计算得到d = 0.026mm, D = 26mm。基准祀标10通过激光加工机进行精密齿状加工。
[0030]参见附图5，所述信号采集于处理模块包括微处理器MCU18和电感传感器19，所述电感传感器19通过SPI接口与微处理器MCU18进行通信，所述微处理器MCU18的CAN2.0B接口通过数据传输电缆8与数据采集计算机9连接。微处理器MCU18选用Freescale公司的位单片机MC9S12B128MFUE，具有I个CAN2.0B接口通过数据传输电缆8与数据采集计算机9进行实时数据传输，还具有I个SPI接口与电感传感器19进行数据通信。电感传感器19选用TI公司的LDC1000，它提供了位的谐振阻抗和位的电感值，可以实现亚微米的感测精度，电感传感器19具有I个SPI接口与微处理器MCU18进行通信，并且在工作时由MCU提供时钟基准，电感传感器19敏感感应线圈11传感器的感应电流，并通过INTB向微处理器MCU18发送中断信号，微处理器MCU18接收中断信号后进行通过SPI接口读取传感器数据，并通过CAN接口将距离信息发送给数据采集计算机9。数据采集计算机9通过变换程序可直接计算出角振动台台面I转动的角度。
【权利要求】
1.角振动台台面角位置信息实时测量系统，包括角振动台台面(I)、台体(2)、基座(3)和数据采集计算机(9);其特征在于，还包括、基准靶标(10)、感应线圈(11)、信号采集与处理模块(12)和支架(13)； 所述角振动台台面(I)固定在所述台体(2)上方，所述台体(2)固定在所述基座(3)上，所述基准靶标(10)固定在所述角振动台台面(I)的侧面；所述感应线圈(11)与所述信号采集与处理模块(12)固定在所述支架(13)上，所述感应线圈(11)与所述基准靶标(10)平行，所述基准靶标(10)的靶条与角振动台的旋转轴平行； 所述信号采集与处理模块(12)快速采集感应线圈(11)的感应电流，并通过标定参数实时计算出角振动台台面(I)的角位置，所述信号采集与处理模块(12)通过通信电缆将采集的数据传输至数据采集计算机(9)，所述数据采集计算机(9)通过脉冲计数与角度关系的变换程序直接计算出角振动台台面(I)转动的角度。
2.根据权利要求1所述的角振动台台面角位置信息实时测量系统，其特征在于，所述基准靶标(10)为可弯曲的精密齿状金属平板(15)，包括金属齿(14)和金属平板(15)，所述金属齿(14)均匀分布在所述金属平板(15)上，金属齿(14)的宽度与相邻两个金属齿(14)之间的距离相等；角振动台台面(I)的半径为R(mm)，金属齿(14)的宽度与间隔均为d(mm)，金属板(15)的长度为D(mm)，角度分辨率Θ (° )，角度测量总范围￥(° )之间的关系可分别表示为:
d = Θ R Ji /180
D = vR Ji /180 测试过程中要求角度分辨率Θ =0.01°，角度测量总范围Ψ为10°。
3.根据权利要求1所述的角振动台台面角位置信息实时测量系统，其特征在于，所述信号采集于处理模块包括微处理器MCU(18)和电感传感器(19)，所述电感传感器(19)通过SPI接口与微处理器MCU (18)进行通信，所述微处理器MCU (18)的CAN2.0B接口通过数据传输电缆(8)与数据采集计算机(9)连接。
【文档编号】G01C25/00GK104316077SQ201410427246
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】孙婷婷, 储海荣, 贾宏光, 陈阳, 张百强 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所