空间物体多维参数测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空间运动物体的位置状态测量装置。
【背景技术】
[0002]运动物体的测量参数包括平面坐标、线速度、加速度、角速度和空间坐标等，但目前的测量装置测量参数少，没有一台测量设备能单独完成三维空间中物体多维参数的测量。如要完成三维空间中物体多维参数的测量，则需要使用多台测量设备共同进行测量，造成测量设备体积庞大、线路复杂。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种空间物体多维测量装置，体积小、外接线路简单。不仅可测量空间点坐标，还可以测量空间物体的运动状态。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括三个角度编码器N1、N2、N3和一个直线位移传感器；角度编码器NI的旋转轴与角度编码器N2的旋转轴垂直相交于一点；角度编码器N3的旋转轴连接被测物体，且垂直于被测物体的旋转平面(平行于被测物体B的旋转轴线)，直线位移传感器连接在度编码器N1、N2的交点与角度编码器N3之间。
[0005]在空间直角坐标系xyz中，所述的角度编码器NI用于测量直线位移传感器与坐标Z轴之间的夹角β ;角度编码器Ν2用于测量直线位移传感器在xoy平面内的投影与X轴之间的夹角α ;角度编码器Ν3用于测量被测物体的旋转角度Θ ;直线位移传感器用于测量被测物体的移动长度L。
[0006]所述被测物体在空间直角坐标系xyz中的坐标为(Lsin β cos α，Lsin β sin α，Lcos β );经过时间t后移动到点A’(x’，y’，z’)后的位移量为(Lsin β cos a -L，sin β ’ cos α ’，Lsin β sin α -L，sin β ’ sin α ’，Lcos β _L，cos β，)；移动速度 Vx=Ax/t = (Lsin 0cosa-L’sin0’cosa’)/t，Vy = Δ y/t =(Lsin β sin a -L，sin β，sin a，)/t，Vz = Δ z/t = (Lcos β _L，cos β，)/t ;加速度 ax =Δ Vx/t, ay = Δ Vy/t, az = Δ Vz/1 ;角速度 ω = Θ /t。
[0007]本发明的有益效果是:装置结构简单，测量过程简便，能够对空间运动物体的多维参数进行测量。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的结构示意图；
[0009]图2是A点空间物体B在坐标系中的坐标确定示意图；
[0010]图3是A点空间方向的位移(Δχ，Ay, ΔΖ)示意图；
[0011 ] 图4是空间物体B的旋转示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0013]本发明提供一种多维测量装置，包括三个角度编码器N1、N2、N3和一个直线位移传感器L，由数据采集卡采集信息，再通过程序计算，最终通过屏幕显示所测参数。
[0014]如图1所示，在空间三维直角坐标系xyz中，O点是原点(或参考点)，坐标为(x0，y0,z0);评是由直线OA (直线位移传感器L)和Z轴形成的平面，点A(x，y，z)是W平面中的任意一点；α角是点A(x，y，z)在xoy平面内的投影点a’(x，y)与原点O形成的直线与坐标轴X形成的夹角，α角也就是W平面与坐标轴X形成的夹角；β角是W平面内的直线OA与坐标轴Z之间的夹角。角度编码器NI旋转轴垂直于W平面，平行于xoy平面。角度编码器NI旋转轴与W平面垂直连接(即与测量用直线位移传感器L垂直)；角度编码器N2旋转轴垂直于平面xoy，平行于W平面，角度编码器NI旋转轴和角度编码器N2旋转轴相互垂直；角度编码器N3旋转轴垂直于被测物体B的旋转平面(平行于被测物体B的旋转轴线)，并与被测物体B连接，角度编码器N3与直线位移传感器L连接。
[0015]角度编码器NI用于测量直线位移传感器L与坐标Z轴之间的夹角β ;角度编码器Ν2用于测量直线位移传感器L上的点A(x，y，z)投影在xoy平面内的点a’(x，y)与原点O形成的直线与X轴之间的夹角α ;角度编码器Ν3用于测量在点A(x，y，z)的空间物体B的旋转角度Θ ;直线位移传感器L用于测量空间物体A点到原点O的直线OA长度。
[0016]根据采集的角度α、β、Θ、长度值和时间参数t，通过公式数学计算，可以精确得至Ij出空间物体B的A点空间坐标(X，y, z)，以及空间物体B的空间方向位移(Δχ, Ay, Δ ζ)、空间方向速度(Vx, Vy, Vz)、空间方向加速度(ax, ay, az)、旋转角度Θ和角速度ω。其原理如下:
[0017](I)A点在坐标系中的坐标确定
[0018]空间物体B在xyz空间直角坐标系中轴上的投影是
[0019]X = Lsin β cos α (1-1)
[0020]y = Lsin^ sin α (1-2)
[0021]ζ = Lcos β (1-3)
[0022]由以上可得出空间物体B的坐标(Lsin β cos α，Lsin β sin α，Lcos β )；
[0023](2)空间物体B的空间方向位移(Δ X，Δ y，Δ ζ)
[0024]空间物体B从点A(x，y，z)移动到A’(x’，y’，z’ )后，在A_A’之间就出现位移
[0025]I AA’ I，这个位移在空间直角坐标系xyz中的投影是(Δ χ，Δ y，Δ z)(见图3)。
[0026]Δ X = χ-χ，= Lsin β cos a -V sin β ’ cos α ’ (2-1)
[0027]Ay = = Lsin β sin α -V sin β，sin α， (2—2)
[0028]Δ ζ = ζ_ζ，= Lcos β -V cos β ’ (2-3)
[0029]因此，A点移动到A’点的位移在xyz空间直角坐标系投影是(Lsin β cos a -L，sin β ’ cos α ’，Lsin β sin α -L，sin β ’ sin α ’，Lcos β _L，cos β，)；
[0030](3) A点空间物体B的速度(Vx，Vy, Vz)测量
[0031]引入时间变量，可以测量出A点空间物体B在空间中运行的瞬时速度。即:V =AS/to所以空间物体B在X方向、y方向和ζ方向运动的瞬时速度为
[0032]Vx = Δ χ/t = (Lsin β cos α -V sin β ’ cos α，)/t (3-1)
[0033]Vy = Λ y/t = (Lsin β sin α -L’ sin β ’ sin α ’)/t (3-2)
[0034]Vz = Λ z/t = (Lcos β _L，cos β，)/t (3-3)
[0035](4) A点空间物体B的加速度(ax，ay, az)测量
[0036]测量出A点空间物体B在空间中运行的速度变化情况，S卩加速度a = AV/t。所以，间物体B在X方向、y方向和z方向运动的加速度为
[0037]ax = Λ Vx/t (4-1)
[0038]ay = Λ Vy/t (4-2)
[0039]az = Λ Vz/t (4—3)
[0040](5) A点空间物体B的旋转角速度ω
[0041]采用角度编码器Ν3测量空间物体B的旋转的角度Θ，再通过时间变量t计算角速度 ω =Θ /t ο
【主权项】
1.一种空间物体多维参数测量装置，包括三个角度编码器N1、N2、N3和一个直线位移传感器，其特征在于:角度编码器NI的旋转轴与角度编码器N2的旋转轴垂直相交于一点；角度编码器N3的旋转轴连接被测物体，且垂直于被测物体的旋转平面(平行于被测物体B的旋转轴线)，直线位移传感器连接在度编码器N1、N2的交点与角度编码器N3之间。2.根据权利要求1所述的空间物体多维参数测量装置，其特征在于:在空间直角坐标系xyz中，所述的角度编码器NI用于测量直线位移传感器与坐标Z轴之间的夹角β ;角度编码器Ν2用于测量直线位移传感器在xoy平面内的投影与X轴之间的夹角α ;角度编码器Ν3用于测量被测物体的旋转角度Θ ;直线位移传感器用于测量被测物体的移动长度L。3.根据权利要求2所述的空间物体多维参数测量装置，其特征在于:所述被测物体在空间直角坐标系xyz中的坐标为(Lsin β cos α，Lsin β sin α，Lcos β );经过时间t后移动到点A’(X’，y’，z’)后的位移量为(Lsin β cos a -L’ sin β ’ cos α ’，Lsin β sin a -L’ sin β ’ sin α ’，Lcos 0_L’cos0’)；移动速度 Vx= A x/t =(Lsin β cos a -L，sin β，cos α，)/t，Vy = Δ y/t = (Lsin β sin a -L，sin β，sin α，) /t,Vz = Δ z/t = (Lcos β ~L, cos β，)/t ;加速度 ax = Δ Vx/t，ay = Δ Vy/t, az = Δ Vz/1 ；角速度ω = θ /t。
【专利摘要】本发明提供了一种空间物体多维参数测量装置，包括三个角度编码器N1、N2、N3和一个直线位移传感器，角度编码器N1的旋转轴与角度编码器N2的旋转轴垂直相交于一点；角度编码器N3的旋转轴连接被测物体，且垂直于被测物体的旋转平面(平行于被测物体B的旋转轴线)，直线位移传感器连接在度编码器N1、N2的交点与角度编码器N3之间。本发明结构简单，测量过程简便，能够对空间运动物体的多维参数进行测量。
【IPC分类】G01D21/02
【公开号】CN105043438
【申请号】CN201510253131
【发明人】宋杰书, 闫婷
【申请人】西安航空制动科技有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月18日