专利名称：拉线式测角系统的制作方法
技术领域：
本实用新型拉线式测角系统涉及的是一种基于高精度拉线式编码传感器的测角系统，特别是一种应用于间瞄火炮身管旋转角度测量的装置。其功能是在不对间瞄火炮装备进行结构改造的前提 下，精密测量火炮身管投影到水平面上的旋转角度，并消除火炮自身结构“空回”的影响。
背景技术：
光电编码器是一种常见的用于测量机构旋转角度的传感器。当该传感器用于火炮身管旋转角度测量时，需要对火炮装备进行改造，将编码器与火炮转轴联动，该方法算法简捷，测量精度较高，但测量设备无法简便地应用到实装火炮以实现对炮兵操炮过程的考核。另一种精度较高且测量方式较为简便的方法是使用捷联惯导系统，但该系统常用于航天和航空设备，造价昂贵，不适合在间瞄火炮操作训练的场合使用。
发明内容本实用新型的目的在于针对上述不足之处提供一种拉线式测角系统，是一种基于高精度拉线式编码传感器的测角系统，是一种结构简单、高精度、低造价的火炮水平旋转角度自动测量仪器。本实用新型拉线式测角系统是采取以下技术方案实现本实用新型拉线式测角系统由拉线长度测量机构、解算电路和校准电路组成。拉线长度测量机构包括拉线式编码器、固定及导向装置、水平测量装置。所述拉线式编码器采用德国产的拉线式编码器，为高分辨率测试设备，该拉线式编码器能够测量出设备自带的拉线变化量，其最大测量值为10米，分辨率为O. 05毫米，系统通过测量该拉线式编码器拉线长度的变化计算对应角度的变化值。拉线式编码器的壳体侧部配有螺纹安装孔，安装部件通过螺纹孔与编码器连接，通过夹紧装置与火炮护盾进行连接固定，同时设置了调整手轮，用于拉线导向，可使拉线抽头指向固定装置。固定装置采用三角架，通过地钉固定，防止拉线抽头连接后发生摇晃，拉线抽头拉环连接位置上下固定，通过调整整体连接装置调节拉线的水平状态，拉线在水平面上可调节方向。固定装置放置在火炮护盾的侧前方约2米处，水平测量装置通过一个轻型挂接装置挂接到拉线上，调整时测量拉线的水平状态。当火炮身管旋转时，护盾与之旋转的角度一致，拉线始终处于水平状态，且长度随身管旋转发生改变，通过计算改变量可得到火炮身管的水平旋转角度。解算电路与拉线式编码器通过RS422接口进行数据通信，解算电路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3内核的微处理器，具有浮点运算的功能。解算电路将采集到的拉线长度变化量按理论算法进行解算后获得火炮身管旋转的角度变化量，经过与计算机计算数值对比，该电路计算精度能够达到10_6度，完全能够满足使用的精度要求。校准电路也采用了 ARM -Cortex3系列微处理器，通过RS232接口与解算电路连接，包含一组操作键盘和显示数码管。校准电路主要用于系统在使用之前的初始化，当拉线调整水平后，需要对系统进行初始化，通过校准电路输入初始化数据后，解算电路能够获得使用时所必须的初始角度和长度数据。在使用过程中，校准电路无须与解算电路保持连接。本实用新型的技术效果I.采用高精度拉线式编码器和高速、高性能ARM微处理芯片相结合，有效地将拉线式编码器测量的长度变化量转化为间瞄火炮身管的角度变化量。测量精度高，能够达到小于I. 5密位的测量精度，相对于先技术中的惯性捷联导航系统造价显著降低，并不会产生先技术中使用传统编码器方式对实装火炮加以改装的问题。2.采用的装夹方式较为简捷，通过夹具可将拉线长度测量机构快速有效地与间瞄火炮的护盾连接，不对实装火炮进行任何形式的改造。拉线式编码器的拉线抽头上带有套 环，可有效保证与固定点的接触面积较小，以增加测量精度。水平调节机构设置在拉线抽头处，通过水平测量仪能有效保证拉线的水平。3.旋转角度的算法基于拉线长度的变化量，无须精确测量拉线的初始长度，可降低初始化时对操作者的使用难度，并有效消除系统自身的初始安装误差。
以下将结合附图对本实用新型作进一步说明图I是本实用新型拉线式测角系统的原理示意图。图2是本实用新型拉线式测角系统各部件的装配图。图3是本实用新型拉线式测角系统安装在间瞄火炮上的示意图。图中1、锁紧调节结构，2、固定夹具，3、调节手轮，4、拉线式编码器，5、拉线，6、水平测量装置，7、拉线固定环，8、三角架，9、地钉。
具体实施方式
参照附图I 3，本实用新型拉线式测角系统由拉线长度测量机构、解算电路和校准电路组成。拉线长度测量机构包括拉线式编码器4、三角架8、拉线固定环7、水平测量装置6。所述拉线式编码器采用德国产的拉线式编码器，为高分辨率测试设备，该拉线式编码器能够测量出设备自带的拉线变化量，其最大测量值为10米，分辨率为O. 05毫米，系统通过测量该拉线式编码器拉线长度的变化计算对应角度的变化值。拉线式编码器的壳体侧部配有螺纹安装孔，安装部件通过螺纹孔与编码器连接，通过固定夹具2与火炮护盾进行连接固定，同时设置了调节手轮3用于拉线导向，可使拉线抽头指向固定装置。固定装置采用三角架8，通过地钉9固定，防止拉线抽头连接后发生摇晃，拉线抽头拉环连接位置上下固定，通过调整三角架8的高度调节拉线5的水平状态，拉线5在水平面上可调节方向。固定装置放置在火炮护盾的侧前方约2米处，水平测量装置6通过一个轻型挂接装置挂接到拉线上，调整时测量拉线的水平状态。水平测量装置采用市售水平测量器。当火炮身管旋转时，护盾与之旋转的角度一致，拉线始终处于水平状态，且长度随身管旋转发生改变，通过计算改变量可得到火炮身管的水平旋转角度。解算电路与拉线式编码器通过RS422接口进行数据通信，解算电路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3内核的微处理器，具有浮点运算的功能。解算电路将采集到的拉线长度变化量按理论算法进行解算后获得火炮身管旋转的角度变化量，经过与计算机计算数值对比，该电路计算精度能够达到10_6度，完全能够满足使用的精度要求。校准电路也采用了 ARM _Cortex3系列微处理器，通过RS232接口与解算电路连接，包含一组操作键盘和显示数码管。校准电路主要用于系统在使用之前的初始化，当拉线调整水平后，需要对系统进行初始化，通过校准电路输入初始化数据后，解算电路能够获得使用时所必须的初始角度和长度数据。在使用过程中，校准电路无须与解算电路保持连接。本实用新型旋转角度的算法基于拉线长度的变化量，无须精确测量拉线的初始长度，可降低初始化时对操作者的使用难度，并有效消除系统自身的初始安装误差。先参阅图I所示。本实用新型拉线式测角系统的设计基于图中所示的几何原理。如图I :A为火炮身管水平旋转中心，E为编码器的拉线固定点，D点代表初始位置时传感器的固定点，C、B、F代表三次转向传感器固定点。火炮身管先调整至水平位置，身管向背离拉线固定位置方向连续旋转三次方位
角，每次角度增量Δ5，并通过拉线式编码器得到三次对应的拉线长度增量^4、 4、匕h
(相对初始位置时的增量)，此时可解算出初始角度、初始长度等数据。实际测量时根据这些计算结果可测量实际火炮偏转角度。具体计算过程，由余弦公式得出，下文中β为身管与拉线的初始夹角，L为拉线的初始长度，a' b分别为身管长度和旋转中心到固定点D的距离。( I)初始位置
权利要求1.一种拉线式测角系统，其特征在于由拉线长度测量机构、解算电路和校准电路组成；拉线长度测量机构包括拉线式编码器、固定及导向装置、水平测量装置；拉线式编码器的壳体侧部配有螺纹安装孔，安装部件通过螺纹孔与编码器连接，通过固定夹具与火炮护盾进行连接固定，同时设置了调整手轮，用于拉线导向，可使拉线抽头指向固定装置；固定装置采用三角架样式，通过地钉固定，防止拉线抽头连接后发生摇晃，拉线抽头拉环连接位置上下固定，通过调整三角架的整体高度调节拉线的水平状态，拉线在水平面上可调节方向；固定装置放置在火炮护盾的侧前方2米处，水平测量装置直接挂接到拉线上，调整时测量拉线的水平状态，当火炮身管旋转时，护盾与之旋转的角度一致，拉线始终处于水平状态，且长度随身管旋转发生改变，通过计算改变量可得到火炮身管的水平旋转角度； 解算电路与拉线式编码器通过RS422接口进行数据通信，解算电路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3内核的微处理器，具有浮点运算的功能，解算电路将采集到的拉线长度变化量按理论算法进行解算后获得火炮身管旋转的角度变化量，经过与计算机计算数值对t匕，该电路计算精度能够达到10_6度； 校准电路也采用了 ARM _Cortex3系列微处理器，通过RS232接口与解算电路连接，包含一组操作键盘和显示数码管，校准电路用于系统在使用之前的初始化，当拉线调整水平后，需要对系统进行初始化，通过校准电路输入初始化数据后，解算电路能够获得使用时所必须的初始角度和长度数据，在使用过程中，校准电路无须与解算电路保持连接。
2.根据权利要求I所述的拉线式测角系统，其特征在于所述拉线式编码器能够测量出设备自带的拉线变化量，其最大测量值为10米，分辨率为O. 05毫米，通过测量拉线式编码器拉线长度的变化计算对应角度的变化值。
专利摘要本实用新型拉线式测角系统涉及的是一种基于高精度拉线式编码传感器的测角系统，特别是一种应用于间瞄火炮身管旋转角度测量的装置。其功能是在不对间瞄火炮装备进行结构改造的前提下，精密测量火炮身管投影到水平面上的旋转角度，并消除火炮自身结构“空回”的影响。由拉线长度测量机构、解算电路和校准电路组成；拉线长度测量机构包括拉线式编码器、固定及导向装置、水平测量装置；解算电路与拉线式编码器通过RS422接口进行数据通信，解算电路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3内核的微处理器；校准电路也采用了ARM-Cortex3系列微处理器，通过RS232接口与解算电路连接，包含一组操作键盘和显示数码管。
文档编号G01B21/22GK202433012SQ20112051990
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者万华, 余辉龙, 吕战强, 彭海峰, 徐宏坤, 李富春, 谢勤伟, 陈 峰, 陈金业 申请人:中国人民解放军总参谋部第六十研究所