CN102721392B - 拉线式测角系统 - Google Patents
拉线式测角系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102721392B CN102721392B CN201110415215.6A CN201110415215A CN102721392B CN 102721392 B CN102721392 B CN 102721392B CN 201110415215 A CN201110415215 A CN 201110415215A CN 102721392 B CN102721392 B CN 102721392B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bracing wire
- stay
- circuit
- supported
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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
本发明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。
本发明拉线式测角系统是采取以下技术方案实现：
本发明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0.05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。
本发明的技术效果：
1.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1.5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。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明拉线式测角系统的原理示意图。
图2是本发明拉线式测角系统各部件的装配图。
图3是本发明拉线式测角系统安装在间瞄火炮上的示意图。
[0013] 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,10、火炮护盾。
具体实施方式
参照附图1～3，本发明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0.05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。
本发明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1所示。本发明拉线式测角系统的设计基于图中所示的几何原理。
如图1：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 ，并通过拉线式编码器得到三次对应的拉线长度增量、、（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，下文中为身管与拉线的初始夹角，L为拉线的初始长度，分别为身管长度和旋转中心到固定点D的距离。
（1） 初始位置：
（将记为、记为，下同）
（2） 第一次水平偏转
（3） 第二次水平偏转
（4） 第二次水平偏转
后三式分别与一式相减，得：
上述方程组将角度和的余弦展开后，提出后两两相比，可得、、，从而唯一可知。
正式测量过程：由于基准射向、、已知，炮口偏转一定角度，未知，此时对应拉线传感器的长度增量，由此可得：
由上式，显然可以得出。
具体实施时，首先将通过夹具2将拉线式编码器4安装到火炮护盾10上，通过锁紧调节结构1将其与火炮固定可靠连接成一刚体。将固定三角架8放置在火炮身管侧前方约2米，通过地钉9将其固定牢靠，不摇晃。将拉线5从编码器拉出后固定到三角架8上，拉环7与三角架轴杆接触，并可随拉线方向改变拉环接触位置。拉线的初始方向可通过调节手轮3进行调整，使拉线拉出的方向与编码器端面基本处于正交状态。通过调节固定点的高低位置，可使拉线处于水平状态，水平度可通过水平测量器6进行测量。系统安装完成后的效果如图3所示。
在系统使用之前首先进行初始化操作，将校准电路和解算电路通过电缆连接后启动电源，再将火炮身管向背离拉线固定位置方向连续旋转三次方位角，并将每次角度增量通过校准电路输入，由解算电路按上述的计算公式得到相应的初始值，校准完成后解算电路给出相应的指示，此时可将校准电路与解算电路分离。
使用时，每次火炮身管到位后，解算电路根据使用者给出的触发信号对拉线式编码器的拉线长度数据进行采集，根据上述的计算公式算出角度值，该角度通过解算电路进行数据的显示，从而实现拉线式测角系统的测角功能。
本发明实测结果表明：本发明拉线式测角系统在测量范围为600密位（60度）内能够达到的精度小于1.5密位。
Claims (2)
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比，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1所述的拉线式测角系统，其特征在于：采用的所述拉线式编码器采用德国产的拉线式编码器，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0.05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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110415215.6A CN102721392B (zh) | 2011-12-14 | 2011-12-14 | 拉线式测角系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110415215.6A CN102721392B (zh) | 2011-12-14 | 2011-12-14 | 拉线式测角系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102721392A CN102721392A (zh) | 2012-10-10 |
| CN102721392B true CN102721392B (zh) | 2014-10-08 |
Family
ID=46947217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110415215.6A Expired - Fee Related CN102721392B (zh) | 2011-12-14 | 2011-12-14 | 拉线式测角系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102721392B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104180795B (zh) * | 2014-09-03 | 2016-06-08 | 中国人民解放军军械工程学院 | 用于调整火炮耳轴水平的工装及其方法 |
| CN109443750B (zh) * | 2018-10-18 | 2020-06-23 | 重庆长安工业(集团)有限责任公司 | 一种武器系统传动空回测量方法 |
| CN112494060B (zh) * | 2020-11-27 | 2024-01-16 | 明峰医疗系统股份有限公司 | 一种ct扫描架倾斜角度测量总成、测量方法及测量系统 |
| CN112815877B (zh) * | 2021-01-06 | 2021-08-17 | 长春市春求科技开发有限公司 | 五轴设备a轴角度位移测量装置及测量标定方法 |
| CN113154939A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-23 | 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院 | 一种随动系统性能维修检测装置 |
| CN113465642B (zh) * | 2021-07-02 | 2022-05-17 | 济南轲盛自动化科技有限公司 | 基于姿态模拟的拉线位移编码器数据修正方法及系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2233561Y (zh) * | 1995-02-14 | 1996-08-21 | 王宝元 | 二维位移动态测量装置 |
| CN202433012U (zh) * | 2011-12-14 | 2012-09-12 | 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 | 拉线式测角系统 |
-
2011
- 2011-12-14 CN CN201110415215.6A patent/CN102721392B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2233561Y (zh) * | 1995-02-14 | 1996-08-21 | 王宝元 | 二维位移动态测量装置 |
| CN202433012U (zh) * | 2011-12-14 | 2012-09-12 | 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 | 拉线式测角系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102721392A (zh) | 2012-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102721392B (zh) | 拉线式测角系统 | |
| US7111407B2 (en) | Vertical shaft alignment tool | |
| US7762135B2 (en) | Compensated measurement of angular displacement | |
| CN103471619B (zh) | 一种激光捷联惯导系统棱镜棱线方位安装误差标定方法 | |
| CN105954007B (zh) | 用于虚拟现实头盔加速度运动的延时测试系统和方法 | |
| CN104457428B (zh) | 坦克炮方向机与炮口位移角偏差测试装置 | |
| CN107037469A (zh) | 基于安装参数自校准的双天线组合惯导装置 | |
| AU2005293553A1 (en) | Geodesic position determining system | |
| CN101532837B (zh) | 一种飞机磁罗盘校准设备 | |
| CN105890571B (zh) | 尺仪一体化快速水准测量装置 | |
| CA2641684C (en) | Angle measurement apparatus | |
| CN106705991B (zh) | 一种捷联惯组瞄准棱镜安装误差测试设备 | |
| US9194698B2 (en) | Geodetic device and a method for determining a characteristic of the device | |
| CN202433012U (zh) | 拉线式测角系统 | |
| CN205781780U (zh) | 一种便携全景定向云台 | |
| CN108168536A (zh) | 光纤陀螺零偏的精确测量方法 | |
| CN201983799U (zh) | 一种惯性定向设备的高精度检测标定装置 | |
| CN204613405U (zh) | 一种建筑施工用测距仪 | |
| CN103438903A (zh) | 定向仪定向误差的校准方法 | |
| CN210487984U (zh) | 一种结合gps的测距装置 | |
| CN201955098U (zh) | 惯性定向设备的高精度检测标定装置 | |
| CN111856488A (zh) | 一种基于轴编码器的测距方法和系统 | |
| AU2012343954A1 (en) | Positioning device for positioning the saddle of a bicycle | |
| RU2349877C2 (ru) | Устройство для поверки и калибровки вертикальных угловых измерительных систем геодезических приборов | |
| CN201094018Y (zh) | 一种平面度检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141008 Termination date: 20201214 |