技术领域本发明涉及海洋重力测量设备领域，具体而言，涉及一种海洋重力仪台体稳定装置与方法。
背景技术：
海洋重力仪是船舰上或潜水艇内使用的重力仪。在海洋中匀速直线航行条件下，连续地进行重力测量，由于仪器安放在运动的船体上，受到垂直加速度和水平加速度以及基座倾斜的影响很大。因此，通常会将整个重力仪放置于稳定平台上，稳定平台的主要功能是隔离舰船等载体的俯仰和横滚等角运动，使海洋重力仪的传感器始终与地垂线保持平行，使得海洋重力仪不受外界力矩干扰，从而提高海洋重力仪的测量精度。但是，现有的用于稳定海洋重力仪的平台大多存在结构复杂，操作不便、调整时间长、超调量大、稳定精度低，并且在载体角运动条件下，动态误差较大。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种海洋重力仪台体稳定装置与方法。本发明实施例提供的一种海洋重力仪台体稳定装置，其包括台体，所述装置包括：角速率获得模块，用于获得所述台体转动的角速率数字信号；校正模块，用于对获得的角速率数字信号进行数字控制校正并生成控制扭矩信号；数模转换模块，用于将所述控制扭矩信号转换成模拟电压信号；控制模块，用于根据获得的模拟电压信号控制所述台体保持水平状态。第二方面，本发明实施例还提供了一种海洋重力仪台体稳定方法，其包括台体，所述方法包括：获得所述台体转动的角速率数字信号；对获得的角速率数字信号进行数字控制校正并生成控制扭矩信号；将所述控制扭矩信号转换成模拟电压信号；根据获得的模拟电压信号控制所述台体保持水平状态。与现有技术相比，本发明实施例提供的一种海洋重力仪台体稳定方法与装置，通过利用角速率获得模块获得所述台体转动的角速率数字信号，再利用校正模块对获得的角速率数字信号进行数字控制校正并生成控制扭矩信号，并且利用数模转换模块将所述控制扭矩信号转换成模拟电压信号，最后利用控制模块根据获得的模拟电压信号控制所述台体保持水平状态。通过上述的方式可将台体由于舰船等载体的俯仰和横滚角运动造成台体与水平面偏离角度消除，从而使得台体与水平面平行，从而使得海洋重力仪的传感器始终与地垂线保持平行，使得海洋重力仪不受外界力矩干扰，从而提高海洋重力仪的了测量精度。并且该海洋重力仪台体稳定方法与装置具有调整时间短、超调量小、稳态精度高，在载体角运动条件下，动态误差小的特点。为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本发明较佳实施例提供的海洋重力仪台体稳定装置的电路连接框图。图2为本发明较佳实施例提供的海洋重力仪稳定平台的结构示意图。图3为本发明较佳实施例提供的海洋重力仪台体稳定方法的流程图。主要元件符号说明：角速率获得模块101，校正模块102，数模转换模块103，功率放大模块104，控制模块105，壳体100，框架200，台体300，把手400，检修板500，减震结构600。具体实施方式下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。请参阅图1，是本发明较佳实施例提供的一种海洋重力仪台体稳定装置，所述海洋重力仪台体稳定装置包括角速率获得模块、校正模块、数模转换模块、功率放大模块以及控制模块，角速率获得模块、校正模块、数模转换模块、功率放大模块以及控制模块依次电连接。所述角速率获得模块，用于获得所述台体转动的角速率数字信号。本实施例中，角速率获得模块采用光纤陀螺仪，光纤陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，具有体积小、重量轻、启动快、功耗低、可靠性高、寿命长、数字量输出等优点。如图2所示，本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台包括基座、框架200以及台体300，本实施例中，基座包括上下开口的壳体100，将壳体100顶部开口的目的在于方便海洋重力仪的安装和调节，将壳体100底部开口的目的在于一方面减轻整个基座的自重，从而减轻本稳定平台对载体造成的负荷。壳体100的外壁上可拆卸连接有多个把手400，设置多个把手400的目的在于方便本海洋重力仪稳定平台的搬运。壳体100的底部设置有多个减震结构600。设置减震结构600目的在于减弱或者消除稳定平台在随载体移动过程中的震动，从而既可以保证稳定平台的结构稳定性，有效避免稳定平台发生损坏，又可以保证海洋重力仪测量时的稳定性，从而保证其测量海洋重力的精确性。框架200转动连接于壳体100的内壁上。基座上设置有容纳腔，框架200转动连接于容纳腔内，台体300转动连接于框架200围成的空腔内，框架200上设置有用于驱动台体300转动的直流力矩电机，框架200相对于基座的旋转轴和台体300相对于框架200的旋转轴相互垂直，光纤陀螺仪设置于台体300，可用于感应台体300的转动的角速度。本实施例中，容纳腔内设置有电连接器，壳体100对应电连接器的部位设置有检修口和用于遮挡检修口的检修板500，检修板500可拆卸连接于壳体100外壁上，检修板500上设置有与电连接器接口匹配的避位孔。设置检修口和检修板500的目的在于当电连接器及相关的电气部分发生故障时，维修人员可以拆下检修板500并通过检修口对故障部分进行检修，而不用将故障部分从基座内拆下，从而大大提高了本稳定平台检修的便捷性。所述校正模块102，用于对获得的角速率数字信号进行数字控制校正并生成控制扭矩信号。具体地，所述校正模块102包括比较子模块和调节子模块，所述比较子模块与所述调节子模块电连接。所述比较子模块用于计算获得的角速率数字信号与预存储的标准角速率数字信号的校正差值。本实施例中，比较子模块采用比较器，比较器可用于对两个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较，并输出两个数据之间的差值。另外，需要说明的是，此处的标准角速度数字信号是台体300处于水平状态时的角速率数字信号。通过光纤陀螺仪采集的角速率数字信号与预存储的标准角速率信号进行相减即可得到校正差值。另外，所述校正模块102还用于对获得的角速率数字信号进行滤波。所述调节子模块用于依据校正差值生成控制扭矩信号。本实施例中，所说的控制扭矩信号是指用于控制台体300回转处于水平状态的角度大小的一种量化的电信号，台体300需要回转的角度越大，控制扭矩信号就越大，台体300需要回转的角度越小，则控制扭矩信号就越小。本实施例中，校正模块102采用数字控制电路，该数字控制电路布置于控制电路板，控制电路板设置于上述的容纳腔内。该数字控制电路主要包括DSP控制器、脉冲计数电路、RDC电路、串口扩展电路，该DSP控制器采用哈佛流水线结构，能快速执行中断响应，并具有统一的内存管理模式，具有精度高、成本低、功耗小、集成度高、存储容量大等优点。考虑到光纤陀螺仪在采集到的角度数字信号可能具有其他的干扰信号，由于其他地干扰信号与角速率数字信号的频率不同，因此校正模块102中还包括滤波器，利用滤波器只允许符合角速率数字信号的频率范围内的信号成分正常通过，并阻止其他频率范围的干扰信号通过，对角速度数字信号进行滤波，使得滤波后的角速率数字信号与标准角速度数字信号生成的校正差值更加精确，从而使得台体300最终的稳态精度更高。DSP控制器内部集成有定时器和PWM模块，可用于程序定时设计；PWM模块可提供2路可编程PWM输出，通过光耦隔离后输出到H开关，用于驱动控制模块105。本实施例中，DSP控制器使用串口控制芯片16C854扩展4路RS-422串口，每路具有128字节FIFO。4路串口中两路接收光纤陀螺数字量，1路与重力仪控制显示系统通讯，1路预留使用。使用CPLD实现外围器件的译码和逻辑控制。加速度模数转换电路的输出脉冲计数由CPLD完成，所有脉冲输入信号均进行光耦隔离，同时做适当的硬件滤波处理，滤掉干扰脉冲信号；CPLD内部对脉冲输入信号高速采样，从软件上确保每个计数周期内不丢失计数脉冲。DSP控制器扩展设计4路I/O输出，4路I/O输入。预留1路外部中断接口，采用光电隔离设计，中断信号低电平有效，用于时间基准同步。所述数模转换模块103用于将所述控制扭矩信号转换成模拟电压信号。将控制扭矩信号转换为模拟电压信号，控制模块105依据接收到的模拟电压信号作出相应的角度控制。所述功率放大模块104用于获得所述数模转换模块103传递的模拟电压信号，对所述模拟电压信号进行功率放大，并将放大后的模拟电压信号传递至控制模块105。在实际操作中，仅仅利用控制扭矩信号转化后的模拟电压信号强度很弱，控制模块105直接利用该模拟电压信号是无法驱动台体300旋转的，因此需要利用功率放大模块104将模拟电压进行放大再传递到控制模块105。功率放大模块104利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入的信号变化的电流。由于三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，将模拟电压信号注入基极，则集电极的电压会等于基极电压的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了模拟电压信号是原先的β倍的放大信号，在本实施例中，β通常取50～100，将模拟电压信号放大50～100倍后，控制模块105即可依据放大后的模拟电压信号驱动台体300转动。所述控制模块105，用于根据获得的模拟电压信号控制所述台体300保持水平状态。具体地，校正模块102用于对获得的加速度速率数字参数进行数字控制校正并生成控制量，并依据GP(s)＝(1/Kd)/(Tms+1)和控制量计算扭矩传递函数，并依据扭矩传递函数生成控制扭矩信号，控制模块105用于依据获得的控制扭矩信号控制所述台体保持水平状态，其中GP(s)为扭矩传递函数、Tm为控制模块响应模拟电压信号的时间系数，Kd为控制量信号与所述台体的扭矩的比例系数。直流力矩电机是重力仪稳定平台的执行机构，其作用是依据算式GP(s)＝(1/Kd)/(Tms+1)将功率放大模块104输出的模拟电压信号转换成电磁力矩，从而平衡外界干扰力矩，隔离载体角运动，其中，GP(s)为扭矩传递函数，扭矩传递函数越大，电磁力矩就越大。具体地，在设计时，可根据载荷重量、质心偏移和轴承摩擦情况，选择合适的直流力矩电机。具体计算公式为：其中：Mf为电磁力矩，Mm为电机电刷摩擦力矩；Mc为控制力矩；Mz为轴承摩擦力矩。由于重力仪测量系统工作中没有大的冲击、振动、加速度等环境条件，选择直流力矩电机容量时主要考虑直流力矩电机的控制力矩Mc，其中，J为电机转动惯量，为电机转动角加速度。据初步估算框架转动惯量J≤1Kg·m2，角加速度从而连续堵转控制力矩Mc≤5N·m。一般情况下，电机电刷摩擦力矩Mm≤5.5×10-3N·m，轴承摩擦力矩Mz≤1×10-2N·m，从而电机连续堵转力矩可选为：(Mf)max=Mm2+Mc2+Mz2≤(5.5×10-3)2+(1×10-2)2+52=5.0155N·m.]]>请参阅图3，是本发明较佳实施例提供的应用于海洋重力仪台体稳定装置的海洋重力仪台体稳定方法的流程图。需要说明的是，本实施例所提供的海洋重力仪台体稳定方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。下面将对图4所示的具体流程进行详细阐述。步骤S301：获得所述台体300转动的角速率数字信号。可利用角速率获得模块101(如，安装于台体300的光纤陀螺仪)，获得台体300转动的角速率数字信号。步骤S302：对获得的角速率数字信号进行滤波。通过校正模块102可对角速度数字信号进行滤波，以提高控制模块105平衡台体300的稳态精度。步骤S303：计算获得的角速率数字信号与预存储的标准角速率数字信号的校正差值。通过校正模块102可计算获得角速率数字信号与预存储的标准角速率数字信号的校正差值。校正模块102可依据校正差值生成控制量。步骤S304：依据GP(s)＝(1/Kd)/(Tms+1)和控制量计算扭矩传递函数，并依据扭矩传递函数生成控制扭矩信号。其中GP(s)为扭矩传递函数、Tm为控制模块响应模拟电压信号的时间系数，Kd为控制量信号与所述台体的扭矩的比例系数步骤S305：将所述控制扭矩信号转换成模拟电压信号。通过数模转换模块103将控制扭矩信号转换为模拟电压信号。步骤S306：对所述模拟电压信号进行功率放大。通过功率放大模块104将模拟电压信号进行功率放大。步骤S307：依据获得的控制扭矩信号控制所述台体300保持水平状态。综上，本发明实施例提供的一种海洋重力仪台体稳定方法与装置，通过利用角速率获得模块101获得所述台体300转动的角速率数字信号，再利用校正模块102对获得的角速率数字信号进行数字控制校正并生成控制扭矩信号，并且利用数模转换模块103将所述控制扭矩信号转换成模拟电压信号，最后利用控制模块105根据获得的模拟电压信号控制所述台体300保持水平状态。通过上述的方式可将台体300由于舰船等载体的俯仰和横滚角运动造成台体300与水平面偏离角度消除，从而使得台体300与水平面平行，从而使得海洋重力仪的传感器始终与地垂线保持平行，使得海洋重力仪不受外界力矩干扰，从而提高海洋重力仪的了测量精度。并且该海洋重力仪台体稳定方法与装置具有调整时间短、超调量小、稳态精度高，在载体角运动条件下，动态误差小的特点。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。