具有数字调平回路的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具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系统，涉及航洋重力测量领域。该系统包括控制装置、数据采集装置、数字调平回路以及电机，数据采集装置包括加速度计和加速度模数转换电路，加速度计用于检测海洋重力仪稳定平台的加速度的变化，并将此加速度变化值通过加速度模数转换电路转换为电信号，数字调平回路与加速度模数转换电路连接，用于调整电信号。数字调平回路包括校正模块和驱动模块，校正模块通过分析平台基座晃动的频率和幅度，进行相应的滤波设计，使其在特定频率附近有较大的幅值衰减，从而减小基座晃动给调平带来的影响，保证较高的调平精度。
【专利说明】
具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及航洋重力测量领域，具体而言，涉及一种具有数字调平回路的海 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。
[0003] 为此，现有技术中设置有重力仪稳定平台来放置海洋重力仪，并使其稳定，但重力 仪稳定平台工作时，会受到载体晃动的影响，此时加速度计除了敏感重力加速度的水平分 量外，还会敏感到平台基座晃动带来的干扰加速度，对其测量精度有严重的影响。 【实用新型内容】
[0004] 有鉴于此，本实用新型提供一种具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系 统，以改善现有技术中高海洋重力仪的测量不准确的问题。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0006] -种具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系统，包括控制装置、数据采 集装置、数字调平回路以及电机，所述数据采集装置包括加速度计和加速度模数转换电路， 所述加速度计用于检测海洋重力仪稳定平台的加速度的变化，并将此加速度变化值通过所 述加速度模数转换电路转换为电信号，所述数字调平回路与所述加速度模数转换电路连 接，用于调整所述电信号，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 所述电信号按照预先设定的算法计算，控制所述电机转动，以调整海洋重力仪稳定平台的 水平位置；
[0007] 所述数字调平回路包括校正模块和驱动模块，所述校正模块与所述加速度模数转 换电路连接，用于接收所述加速度模数转换电路的信号，与预设角进行分析对比，并进行滤 波，所述驱动模块接收所述校正模块滤波后的信号，并驱动所述电机转动。
[0008] 优选的，还包括存储器，用于存储预设角的信息。
[0009] 优选的，所述校正模块接收所述加速度模数转换电路发送的信号并与所述预设角 对比，得到角度差值，分析所述海洋重力仪稳定平台晃动的频率和幅度，进行滤波。 \丨K,
[0010] 优选的，所述驱动模块按照公式心⑴=驱动所述电机转动；
[0011] 其中GP(s)为扭矩传递函数、1?为控制模块响应模拟电压信号的时间系数，Kd电机 的扭矩比例系数。
[0012] 优选的，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基座，所述框架设置有用于驱动所述台 体转动的第二电机。
[0013] 优选的，所述校正模块接收所述加速度模数转换电路发送的信号并与所述预设角 对比，得到角度差值，分析所述基座晃动的频率和幅度，进行相应的滤波，使其在特定频率 附近有幅值衰减。
[0014] 优选的，所述数据采集装置还包括陀螺仪传感器，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。
[0015] 优选的，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所述 电源。
[0016] 优选的，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。
[0017] 优选的，所述第一电机和所述第二电机均为力矩电机。
[0018] 相对于现有技术，本实用新型包括以下有益效果：
[0019] 本实用新型提供的一种具有数字调平回路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以及数字调平回路，控制装置与所述数据采集装置和海洋重力仪 稳定平台的电机电连接。所述数据采集装置包括加速度计和加速度模数转换电路，所述加 速度计用于检测海洋重力仪稳定平台的加速度的变化，并将此加速度变化值通过所述加速 度模数转换电路转换为电信号，所述数字调平回路与所述加速度模数转换电路连接，用于 调整所述电信号，提高精度。所述控制装置接收加速度模数转换电路转换的电信号，并依据 所述电信号按照预先设定的算法计算，控制所述电机转动，以调整海洋重力仪稳定平台的 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。
[0020] 其中，所述数字调平回路包括校正模块和驱动模块，由于重力仪稳定平台工作时， 会受到载体晃动的影响，此时加速度计除了敏感重力加速度的水平分量外，还会敏感到平 台基座晃动带来的干扰加速度。所述校正模块通过分析平台基座晃动的频率和幅度，进行 相应的滤波设计，使其在特定频率附近有较大的幅值衰减，从而减小基座晃动给调平带来 的影响，保证较高的调平精度。
【附图说明】
[0021] 为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，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的附图。
[0022] 图1是本实用新型实施例所提供的具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制 系统的结构示意图。
[0023] 图2是本实用新型实施例所提供的具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制 系统的功能模块架构图。
[0024] 图3是本实用新型实施例所提供的数字调平回路的功能模块架构图。
[0025] 其中附图标记汇总如下：
[0026] 控制装置101;数据采集装置102;第一电机103;第二电机104;基座105;容纳腔 106;台体107;陀螺仪传感器108;数字控制模块109;第一角度传感器110;第二角度传感器 111;加速度计112;框架113;加速度模数转换电路114;数字调平回路200;校正模块201;驱 动模块202;海洋重力仪300。
【具体实施方式】
[0027] 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。
[0028] 请参考图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300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 300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105、框架113和台 体107,台体107用于安装海洋重力仪300。
[0029] 其中，基座105设置有容纳腔106,容纳腔106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113转动连接于容纳腔106内，基座105 还设置有第一电机103,该第一电机103可以驱动框架113进行旋转。框架113设置有第二电 机104,该第二电机104可以驱动台体107进行旋转。框架113相对于基座105旋转的旋转轴与 台体107相对于框架113旋转的旋转轴垂直，即框架113与台体107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113相对于基座105转动所围绕的轴线和台体107 相对于框架113转动所围绕的轴线。
[0030] 优选地，第一电机103与第二电机104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。
[0031] 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101和数据采集装置102。所述数据采集装置102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102包括加速度计112、陀螺仪传感器108、第 一角度传感器110和第二角度传感器111。加速度计112和陀螺仪传感器108均设置于台体 107,第一角度传感器110设置于海洋重力仪稳定平台的基座105,第二角度传感器111设置 于框架113。
[0032] 优选地，陀螺仪传感器108为光纤陀螺，加速度计112为石英加速度计112。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112结构简单、体积小、响应快、灵敏度高。
[0033] 所述控制装置101包括加速度模数转换电路114和数字控制模块109,加速度模数 转换电路114与加速度计112电连接。加速度模数转换电路114用于将加速度计112输出的加 速度模拟信号转换为数字脉冲信号。
[0034]重力仪稳定平台工作时，会受到海洋重力仪300上下晃动的影响，此时加速度计 112除了敏感重力加速度的水平分量外，还会敏感到基座105上下晃动带来的干扰加速度。 为此，发明人经过大量的研究，在海洋重力仪稳定平台控制系统内还设置了数字调平回路 200,所述数字调平回路200与所述加速度模数转换电路114连接，用于调整所述加速度模数 转换电路114输出的电信号，进一步提高海洋重力仪稳定平台的稳定，以提高海洋重力仪 300测量精度。海洋重力仪稳定平台的调平对于重力仪平台系统非常重要，其调平精度和抗 干扰能力直接影响着重力仪300测量精度。
[0035] 请参考图3,是本实用新型实施例所提供的数字调平回路200的功能模块架构图。 所述数字调平回路200包括校正模块201和驱动模块202,所述校正模块201与所述加速度模 数转换电路114连接，用于接收所述加速度模数转换电路114的信号，并将接收的所述加速 度模数转换电路114的信号与预设角进行分析对比，并进行滤波，所述驱动模块202接收所 述校正模块201滤波后的信号，并驱动所述电机转动。 ^ , \丨 K .
[0036] 其中，所述驱动模块202按照公式拓0) = ^^·驱动所述电机转动;其中GP(s)为 扭矩传递函数、!^为数字控制模块109响应模拟电压信号的时间系数，Kd电机的扭矩比例系 数。
[0037]所述校正模块201接收所述加速度模数转换电路114发送的信号并与所述预设角 进行对比后，得到角度差值，可以分析所述基座105晃动的频率和幅度，进行相应的滤波，使 其在特定频率附近有较大的幅值衰减，从而减小基座105晃动给调平带来的影响，保证较高 的调平精度。其中，所述特定频率可以是平台稳定时的角度对应的频率。
[0038]请再参考图2,所述控制装置101用于接收数据采集装置102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103和第二电机104转动，以调整框架113 和台体107的水平位置，以使海洋重力仪300与地垂线保持平行。
[0039]其中，数据采集装置102采集的电信号包括加速度计112感测到台体107的加速度 后输出的与加速度匹配的加速度模拟信号，在所述数字调平回路200的作用下，可以对此信 号进一步处理，提高平台的调平的准确性;还可以包括陀螺仪传感器108感测到台体107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110感测到框架113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111感测到台体107的旋转 角度后输出的与旋转角度匹配的角度电信号。
[0040]数字控制模块109与加速度模数转换电路114、陀螺仪传感器108、第一角度传感器 110、第二角度传感器111、第一电机103、第二电机104电连接。数字控制模块109用于接收加 速度模数转换电路114输出的数字脉冲信号、陀螺仪传感器108输出的陀螺仪信号、第一角 度传感器110和第二角度传感器111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103和第二电机104输出控制信号，控制第一电机103和第二 电机104转动，以调整框架113和台体107的水平位置，以使海洋重力仪300与地垂线保持平 行，从而提高海洋重力仪300的测量精度。
[0041]校正模块201接收到加速度模数转换电路114的信号后，通过和预设角对比后分析 角度差，可以分析平台基座105晃动的频率和幅度，进行相应的滤波设计，使其在特定频率 附近有较大的幅值衰减，从而减小基座105晃动给调平带来的影响，保证较高的调平精度， 提高重力仪平台系统的稳定性，从而提高海洋重力仪300的测量精度。
[0042]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。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。
[0043] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语"中心"、"上"、"下"、"左"、"右"、"竖 直"、"水平"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者 是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简 化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0044] 在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"设 置"、"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介 间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理 解上述术语在本实用新型中的具体含义。
【主权项】
1. 一种具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，包括控制装 置、数据采集装置、数字调平回路W及电机，所述数据采集装置包括加速度计和加速度模数 转换电路，所述加速度计用于检测海洋重力仪稳定平台的加速度的变化，并将此加速度变 化值通过所述加速度模数转换电路转换为电信号，所述数字调平回路与所述加速度模数转 换电路连接，用于调整所述电信号，所述控制装置用于接收所述数据采集装置采集的电信 号，并依据所述电信号按照预先设定的算法计算，控制所述电机转动，W调整海洋重力仪稳 定平台的水平位置； 所述数字调平回路包括校正模块和驱动模块，所述校正模块与所述加速度模数转换电 路连接，用于接收所述加速度模数转换电路的信号，与预设角进行分析对比，并进行滤波， 所述驱动模块接收所述校正模块滤波后的信号，并驱动所述电机转动。2. 根据权利要求1所述的具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征 在于，还包括存储器，用于存储预设角的信息。3. 根据权利要求2所述的具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征 在于，所述校正模块接收所述加速度模数转换电路发送的信号并与所述预设角对比，得到 角度差值，分析所述海洋重力仪稳定平台晃动的频率和幅度，进行滤波。4. 根据权利要求1所述的具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征 在于，所述驱动模块按照公??柩动所述电机转动； 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电机的扭 矩比例系数。5. 根据权利要求1所述的具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征 在于，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基座，所述框架设置有用于驱动所述台体转动的第 二电机。6. 根据权利要求5所述的具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征 在于，所述校正模块接收所述加速度模数转换电路发送的信号并与所述预设角对比，得到 角度差值，分析所述基座晃动的频率和幅度，进行相应的滤波，使其在特定频率附近有幅值 衰减。7. 根据权利要求5所述的具有数字调平回路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征 在于，所述数据采集装置还包括巧螺仪传感器，所述巧螺仪传感器设置于所述台体，所述巧 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巧螺仪信号，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巧螺仪传感器、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巧螺仪信号，并依据该巧螺仪信号按照预先设定的算 法进行计算，W控制所述第一电机和第二电机转动，W调整所述框架和台体的水平位置。8. 根据权利要求5所述的具有数字调平回路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所述的具有数字调平回路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5所述的具有数字调平回路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】G01V7/16GK205608210SQ201620198484
【公开日】2016年9月28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