海洋重力仪稳定平台控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种海洋重力仪稳定平台控制系统，包括控制装置和数据采集装置。控制装置与数据采集装置、海洋重力仪稳定平台的第一电机、第二电机电连接。数据采集装置用于采集表征所述海洋重力仪稳定平台发生偏移的电信号，控制装置通过对该电信号进行计算，控制第一电机和第二电机的转动角度，以调整海洋重力仪稳定平台的框架和台体的水平位置，使海洋重力仪与地垂线保持平行，从而提高海洋重力仪的测量精度。
【专利说明】
海洋重力仪稳定平台丨￡制系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及航洋重力测量领域，具体而言，涉及一种海洋重力仪稳定平台控 制系统。
【背景技术】
[0002] 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，经常会受到舰船等载体的俯仰和横 滚等角运动，以及垂直加速度、水平加速度、基座倾斜等影响，重力测量的精度会降低。因 此，调整海洋重力仪的位置，使之与地垂线保持平行成为了目前海洋重力测量的难题。 【实用新型内容】
[0003] 有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种海洋重力仪稳定平台控制系 统，以控制调整海洋重力仪稳定平台的偏移角度，使安装于海洋重力仪稳定平台上的海洋 重力仪始终与地垂线保持平行，不受加速度的影响，从而提高海洋重力仪的测量精度。
[0004] 为了实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：
[0005] 一种海洋重力仪稳定平台控制系统，应用于海洋重力仪稳定平台，所述海洋重力 仪稳定平台包括基座、框架和台体，所述台体用于安装海洋重力仪，所述框架可转动地连接 于所述基座的容纳腔内，所述基座设置有用于驱动所述框架转动的第一电机，所述台体可 转动地连接于所述框架形成的空腔，所述框架设置有用于驱动所述台体转动的第二电机；
[0006] 所述海洋重力仪稳定平台控制系统包括控制装置和数据采集装置，所述控制装置 与所述数据采集装置、第一电机、第二电机电连接，所述数据采集装置用于采集表征所述海 洋重力仪稳定平台发生偏移的电信号，所述控制装置用于接收所述数据采集装置采集的电 信号，并依据该电信号按照预先设定的算法计算，控制所述第一电机和所述第二电机转动， 以调整所述框架和台体的水平位置。
[0007] 优选地，所述数据采集装置包括加速度传感器，所述加速度传感器设置于所述台 体，所述加速度传感器用于感测所述台体的加速度并输出与加速度匹配的加速度模拟信 号，所述控制装置包括数字控制模块和加速度模数转换模块，所述加速度模数转换模块与 所述加速度传感器电连接，所述数字控制模块与所述加速度模数转换模块、第一电机、第二 电机电连接，所述加速度模数转换模块用于将所述加速度传感器输出的加速度模拟信号转 换为数字脉冲信号，所述数字控制模块用于接收所述数字脉冲信号，并依据该数字脉冲信 号按照预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架 和台体的水平位置。
[0008] 优选地，所述数字控制模块包括微控制器、脉冲计数电路，所述脉冲计数电路与所 述加速度模数转换模块电连接，所述微控制器与所述脉冲计数电路、第一电机、第二电机电 连接，所述脉冲计数电路用于对所述加速度模数转换模块输出的数字脉冲信号进行计数， 所述微控制器用于根据所述脉冲计数电路记录的数字脉冲信号按照预先设定的算法进行 计算，以控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。
[0009] 优选地，所述数据采集装置包括陀螺仪传感器，所述陀螺仪传感器设置于所述台 体，所述陀螺仪传感器用于感测所述台体的偏移角度并输出与偏移角度匹配的陀螺仪信 号，所述控制装置包括数字控制模块，所述数字控制模块与所述陀螺仪传感器、第一电机、 第二电机电连接，所述数字控制模块用于接收所述陀螺仪信号，并依据该陀螺仪信号按照 预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体 的水平位置。
[0010] 优选地，所述数字控制模块包括微控制器和串口，所述串口与所述陀螺仪传感器 电连接，所述微控制器与所述串口、第一电机、第二电机电连接，所述串口用于接收所述陀 螺仪传感器输出的陀螺仪信号，所述微控制器用于根据所述陀螺仪信号按照预先设定的算 法进行计算，以控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。
[0011] 优选地，所述数据采集装置包括第一角度传感器和第二角度传感器，所述第一角 度传感器设置于所述基座，所述第二角度传感器设置于所述框架，所述第一角度传感器用 于感测所述框架的旋转角度并输出与旋转角度匹配的角度电信号，所述第二角度传感器用 于感测所述台体的旋转角度并输出与旋转角度匹配的角度电信号，所述控制装置包括数字 控制模块，所述数字控制模块与所述第一角度传感器、第二角度传感器电连接，所述数字控 制模块用于接收所述第一角度传感器和第二角度传感器输出的角度电信号，并依据该角度 电信号照预先设定的算法进行计算，控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架 和台体的水平位置。
[0012] 优选地，所述控制装置包括微控制器和旋变数字转换器，所述旋变数字转换器与 所述第一角度传感器、第二角度传感器电连接，所述微控制器与所述旋变数字转换器、第一 电机、第二电机电连接，所述旋变数字转换器用于将所述第一角度传感器和所述第二角度 传感器采集的角度电信号转换为数字角度信号，所述微控制器用于根据所述数字角度信号 照预先设定的算法进行计算，控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体 的水平位置。
[0013]优选地，所述控制装置还用于判断所述数据采集装置采集的电信号是否在预设的 范围内，当该电信号超出预设的范围，所述控制装置切断所述第一电机和第二电机的电源。
[0014] 优选地，所述控制装置通过继电器切断所述第一电机和第二电机的电源。
[0015] 优选地，所述第一电机和所述第二电机均为力矩电机。
[0016] 本实用新型提供的海洋重力仪稳定平台控制系统包括控制装置和数据采集装置， 控制装置与所述数据采集装置和海洋重力仪稳定平台的第一电机、第二电机电连接。数据 采集装置用于采集表征所述海洋重力仪稳定平台发生偏移的电信号，控制装置通过对该电 信号进行计算，控制第一电机和第二电机的转动角度，以调整海洋重力仪稳定平台的框架 和台体的水平位置，使海洋重力仪与地垂线保持平行，从而提高海洋重力仪的测量精度。 [00 17]为使本实用新型的上述目的、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】
[0018]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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。
[0019] 图1是本实用新型实施例所提供的海洋重力仪稳定平台的结构示意图。
[0020] 图2是本实用新型实施例所提供的海洋重力仪稳定平台控制系统的功能模块架构 图。
[0021] 图3是本实用新型实施例所提供的海洋重力仪稳定平台控制系统的功能模块架构 图。
[0022]主要元件符号说明：
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实 施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制 要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型 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 属于本实用新型保护的范围。
[0026] 请参阅图1，图1是本实用新型实施例所提供的海洋重力仪稳定平台的结构示意 图。本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台用于隔离舰船等载体的俯仰和横滚等角 运动，使得海洋重力仪始终保持与地垂线水平，不受水平加速度的影响，从而提高海洋重力 仪的测量精度。本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台包括基座11 〇、框架120和台 体130,台体130用于安装海洋重力仪200。
[0027] 其中，基座110设置有容纳腔111，容纳腔111可以为各种形状，比如圆形、长方形、 多边形等等，本实用新型实施例对此不做限定。框架120转动连接于容纳腔111内，基座110 还设置有第一电机113,该第一电机113可以驱动框架120进行旋转。框架120设置有第二电 机122,该第二电机122可以驱动台体130进行旋转。框架120相对于基座110旋转的旋转轴与 台体130相对于框架120旋转的旋转轴垂直，即框架120与台体130旋转的方向相互垂直。这 里的旋转轴可以理解为虚拟的轴，即框架120相对于基座110转动所围绕的轴线和台体130 相对于框架120转动所围绕的轴线。
[0028]优选地，第一电机113与第二电机122均为力矩电机。力矩电机是一种具有软机械 特性和宽调速范围的特种电机，这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动 力，其具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点，可直接 驱动负载省去减速传动齿轮，从而提高了系统的运行精度。
[0029]请结合图1和图2进行参考，图2是本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台 控制系统的功能模块架构图。本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台控制系统包括 控制装置150和数据采集装置140。所述数据采集装置140用于采集表征所述海洋重力仪稳 定平台发生偏移的电信号。所述数据采集装置140包括加速度传感器132、陀螺仪传感器 131、第一角度传感器112和第二角度传感器121。加速度传感器132和陀螺仪传感器131均设 置于台体130,第一角度传感器112设置于海洋重力仪稳定平台的基座110,第二角度传感器 121设置于框架120。
[0030] 其中，优选地，陀螺仪传感器131为光纤陀螺，加速度传感器132为石英加速度计。 光纤陀螺零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的抗冲击和抗加速运动的能力;绕制的光纤较 长，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好几个数量级;无机械传动部件，不存在磨 损问题，因而具有较长的使用寿命；易于采用集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字输 出，并与计算机接口联接;通过改变光纤的长度或光在线圈中的循环传播次数，可以实现不 同的精度，并具有较宽的动态范围；相干光束的传播时间短，因而原理上可瞬间启动，无需 预热;结构简单、价格低，体积小、重量轻。石英加速度计结构简单、体积小、响应快、灵敏度 尚。
[0031] 数据采集装置140采集的电信号包括加速度传感器132感测到台体130的加速度后 输出的与加速度匹配的加速度模拟信号，该加速度包括三维坐标系中X、Y、Z三个方向的加 速度、陀螺仪传感器131感测到台体130的偏移角度后输出的与偏移角度匹配的陀螺仪信 号、第一角度传感器112感测到框架120的旋转角度后输出的与旋转角度匹配的角度电信 号、第二角度传感器121感测到台体130的旋转角度后输出的与旋转角度匹配的角度电信 号。
[0032] 所述控制装置150用于接收数据采集装置140采集的电信号，并依据该电信号按照 预先设定的算法计算，控制第一电机113和第二电机122转动，以调整框架120和台体130的 水平位置，以使海洋重力仪200与地垂线保持平行。
[0033] 所述控制装置150包括加速度模数转换模块151和数字控制模块152,加速度模数 转换模块151与加速度传感器132电连接。加速度模数转换模块151用于将加速度传感器132 输出的加速度模拟信号转换为数字脉冲信号。
[0034] 数字控制模块152与加速度模数转换模块151、陀螺仪传感器131、第一角度传感器 112、第二角度传感器121、第一电机113、第二电机122电连接。
[0035] 数字控制模块152用于接收加速度模数转换模块151输出的数字脉冲信号、陀螺仪 传感器131输出的陀螺仪信号、第一角度传感器112和第二角度传感器121输出的角度电信 号，然后依据以上接收到的信号按照预先设定的算法计算，向第一电机113和第二电机122 输出控制信号，控制第一电机113和第二电机122转动，以调整框架120和台体130的水平位 置，以使海洋重力仪200与地垂线保持平行。
[0036] 进一步地，请参照图3,是本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台控制系统 的功能模块架构示意图。图3在图2的基础上对数字控制模块152的组成做了进一步地完善。 数字控制模块152包括微控制器153、串口 154、脉冲计数电路155、旋变数字转换器156。其 中，脉冲计数电路155与加速度模数转换模块151电连接，串口 154与陀螺仪传感器131电连 接，旋变数字转换器156与第一角度传感器112和第二角度传感器121电连接，微控制器153 与串口 154、脉冲计数电路155、旋变数字转换器156、第一电机113、第二电机122电连接。
[0037] 脉冲计数电路155用于对加速度模数转换模块151输出的数字脉冲信号进行计数， 并将记录的数字脉冲信号发送至微控制器153,串口 154用于接收陀螺仪传感器131输出的 陀螺仪信号并发送至微控制器153,旋变数字转换器156用于将第一角度传感器112和第二 角度传感器121采集的角度电信号转换为数字角度信号并将该数字角度信号发送至微控制 器153,微控制器153用于对上述接收到的信号进行处理，控制第一电机113和第二电机122 转动，调整框架120和台体130的水平位置，以使海洋重力仪200保持与地垂线水平。
[0038] 本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台控制系统的作用是为了控制海洋 重力仪稳定平台调整水平位置，保证重力仪200始终与地垂线保持平行。具体的工作原理如 下所述：当舰船在移动过程中，由于载体倾斜和加速度的影响，整个海洋重力仪稳定平台会 相对于水平面发生倾斜，海洋重力仪200也会相对于地垂线发生倾斜或者偏移，这样就会严 重影响其测量海洋重力的精确性。数据采集装置140-直在采集海洋重力仪稳定平台的偏 移电信号，当海洋重力仪稳定平台发生偏移时，控制装置150根据数据采集装置140采集的 电信号进行计算后，控制第一电机113和第二电机122转动，第一电机113和第二电机122从 而驱动框架120和台体130转动，调整框架120和台体130的水平位置，使重力仪200与地垂线 保持平行，从而保证重力仪200测量重力的精确性和稳定性。
[0039] 综上所述，本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台控制系统包括控制装置 150和数据采集装置140,控制装置150与所述数据采集装置140和海洋重力仪稳定平台的第 一电机113、第二电机122电连接。数据采集装置140用于采集表征所述海洋重力仪稳定平台 发生偏移的电信号，控制装置150通过对该电信号进行计算，控制第一电机113和第二电机 122的转动角度，以调整海洋重力仪稳定平台的框架120和台体130的水平位置，使海洋重力 仪200与地垂线保持平行，从而提高海洋重力仪200的测量精度。
[0040] 以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化 或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权 利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，应用于海洋重力仪稳定平台，所述 海洋重力仪稳定平台包括基座、框架和台体，所述台体用于安装海洋重力仪，所述框架可转 动地连接于所述基座的容纳腔内，所述基座设置有用于驱动所述框架转动的第一电机，所 述台体可转动地连接于所述框架形成的空腔，所述框架设置有用于驱动所述台体转动的第 二电机； 所述海洋重力仪稳定平台控制系统包括控制装置和数据采集装置，所述控制装置与所 述数据采集装置、第一电机、第二电机电连接，所述数据采集装置用于采集表征所述海洋重 力仪稳定平台发生偏移的电信号，所述控制装置用于接收所述数据采集装置采集的电信 号，并依据该电信号按照预先设定的算法计算，控制所述第一电机和所述第二电机转动，以 调整所述框架和台体的水平位置。2. 根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述数据采集装 置包括加速度传感器，所述加速度传感器设置于所述台体，所述加速度传感器用于感测所 述台体的加速度并输出与加速度匹配的加速度模拟信号，所述控制装置包括数字控制模块 和加速度模数转换模块，所述加速度模数转换模块与所述加速度传感器电连接，所述数字 控制模块与所述加速度模数转换模块、第一电机、第二电机电连接，所述加速度模数转换模 块用于将所述加速度传感器输出的加速度模拟信号转换为数字脉冲信号，所述数字控制模 块用于接收所述数字脉冲信号，并依据该数字脉冲信号按照预先设定的算法进行计算，以 控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。3. 根据权利要求2所述的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述数字控制模 块包括微控制器、脉冲计数电路，所述脉冲计数电路与所述加速度模数转换模块电连接，所 述微控制器与所述脉冲计数电路、第一电机、第二电机电连接，所述脉冲计数电路用于对所 述加速度模数转换模块输出的数字脉冲信号进行计数，所述微控制器用于根据所述脉冲计 数电路记录的数字脉冲信号按照预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机和第二电 机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。4. 根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述数据采集装 置包括陀螺仪传感器，所述陀螺仪传感器设置于所述台体，所述陀螺仪传感器用于感测所 述台体的偏移角度并输出与偏移角度匹配的陀螺仪信号，所述控制装置包括数字控制模 块，所述数字控制模块与所述陀螺仪传感器、第一电机、第二电机电连接，所述数字控制模 块用于接收所述陀螺仪信号，并依据该陀螺仪信号按照预先设定的算法进行计算，以控制 所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。5. 根据权利要求4所述的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述数字控制模 块包括微控制器和串口，所述串口与所述陀螺仪传感器电连接，所述微控制器与所述串口、 第一电机、第二电机电连接，所述串口用于接收所述陀螺仪传感器输出的陀螺仪信号，所述 微控制器用于根据所述陀螺仪信号按照预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机和 第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。6. 根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述数据采集装 置包括第一角度传感器和第二角度传感器，所述第一角度传感器设置于所述基座，所述第 二角度传感器设置于所述框架，所述第一角度传感器用于感测所述框架的旋转角度并输出 与旋转角度匹配的角度电信号，所述第二角度传感器用于感测所述台体的旋转角度并输出 与旋转角度匹配的角度电信号，所述控制装置包括数字控制模块，所述数字控制模块与所 述第一角度传感器、第二角度传感器电连接，所述数字控制模块用于接收所述第一角度传 感器和第二角度传感器输出的角度电信号，并依据该角度电信号照预先设定的算法进行计 算，控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。7. 根据权利要求6所述的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述控制装置包 括微控制器和旋变数字转换器，所述旋变数字转换器与所述第一角度传感器、第二角度传 感器电连接，所述微控制器与所述旋变数字转换器、第一电机、第二电机电连接，所述旋变 数字转换器用于将所述第一角度传感器和所述第二角度传感器采集的角度电信号转换为 数字角度信号，所述微控制器用于根据所述数字角度信号照预先设定的算法进行计算，控 制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。8. 根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述控制装置还 用于判断所述数据采集装置采集的电信号是否在预设的范围内，当该电信号超出预设的范 围，所述控制装置切断所述第一电机和第二电机的电源。9. 根据权利要求8所述的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述控制装置通 过继电器切断所述第一电机和第二电机的电源。10. 根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述第一电机 和所述第二电机均为力矩电机。
【文档编号】G01P15/125GK205594180SQ201620193744
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年3月14日
【发明人】吴鹏飞, 汪龙, 邹舟, 王勇
【申请人】中国科学院测量与地球物理研究所