CN103017688A - 一种利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法，在寻北仪箱体上安装双路光电传感器和一个可转动的转台，在转台上安装光栅且光栅上只有一个通光槽；转台开始转动后，当通光槽穿过光电传感器的检测槽时使双路光电传感器产生通光路和断光路电信号从而识别和判断转台的整转到达；利用设定的转台转动一整圈的时间，细分出多个相等的时间段，将每个时间段转台的实际角度对应关系计算出来；同时将这些时间段作为寻北时陀螺采样的采样时间间隔，在寻北计算时，将使用这些计算出而不是测量出的角度，完成寻北解算。本发明成本低，检测精度高，可检测出转台转动的方向，解决测量当前转动角度的问题，适用于精度略低的寻北仪产品。

Description

一种利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法

技术领域

本发明属于惯性导航设备技术领域，具体涉及一种利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法。 

背景技术

在利用连续旋转误差调制的中高精度陀螺寻北仪中，通常采用双速旋转变压器或精密光栅等测角装置，测量寻北工作时转台转动的精确角位置。在中低精度的陀螺寻北仪中使用这些技术措施时，由于成本太高降低了其竞争力。 

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法，利用光电传感器检测通光路和断光路时输出脉冲信号的一种整转到达的检测方法，通过细分出相应的时间段作为寻北陀螺采样间隔时间，同时能计算出该间隔时间对应转台转动的相应角位置。 

本发明采用的技术方案：一种利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法，包括下述步骤： 

1）在寻北仪箱体上安装双路光电传感器和一个可转动的转台，在转台上安装光栅且光栅上只有一个通光槽； 

2）转台开始转动后，当通光槽穿过光电传感器的检测槽时使双路光电传感器产生通光路和断光路电信号从而识别和判断转台的整转到达； 

3）利用设定的转台转动一整圈的时间，细分出多个相等的时间段，将每个时间段转台的实际角度对应关系计算出来；同时将这些时间段作为寻北时陀螺采样的采样时间间隔，在寻北计算时，将使用这些计算出而不是测量出的角度，完成寻北解算。 

上述步骤2）中，当通光槽经过双路光电传感器时，将使双路光电传感器的A路和B路光电接收器分别通过光束并产生通光路和断光路的电信号输出；由于这两路信号存在时间差，故可以通过方向脉冲分离单元识别和判断出转动方向，并确保整转到达脉冲在通光槽的一个侧边上。 

上述步骤2）中，所述检测槽为U型检测槽。 

上述步骤1）中，通光槽的槽壁延长线延伸到光栅的圆心。 

本发明与现有技术相比的优点： 

1、成本低，检测转台整转到达的精度高； 

2、使用双路型光电传感器，检测出转台转动的方向； 

3、通过利用设定的转台转动一整圈的时间，细分出许多个相等的时间段，并计算出对应的转动角度，解决寻北计算时需要测量出当前转动角度的问题； 

4、省去安装造价很高的精密测角装置，降低寻北仪的造价； 

5、适用于精度略低的寻北仪产品。 

附图说明

图1为本发明通光槽处的结构示意图； 

图2为本发明结构示意图； 

图3为本发明原理结构示意图； 

图4为本发明双路光电传感器的电路图； 

图5为本发明脉冲提取单元的电路图； 

图6为本发明方向脉冲分离单元的电路图； 

图7为本发明光电接收器B路处于通光路结构示意图； 

图8为本发明光电接收器B路处于断光路结构示意图； 

图9为本发明顺时针转动时序关系示意图； 

图10为本发明逆时针转动时序关系示意图； 

图11为本发明双路光电传感器、脉冲提取单元和方向脉冲分离单元组合后的电路示意图； 

图12为本发明控制双路光电传感器输出的迟滞特性电路示意图； 

图13为本发明只检测单方向转动的整转到达时的电路示意图。 

具体实施方式

下面结合附图1-13描述本发明的一种实施例。 

一种利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法，下述步骤： 

1）在寻北仪箱体9上安装双路光电传感器1和一个可转动的转台2，在转台2上安装光栅3且光栅3上只有一个通光槽4；通光槽4的槽壁延长线延伸到光栅3的圆心； 

2）转台2开始转动后，当通光槽4穿过光电传感器1的U型检测槽时使双路光电传感器1产生通光路和断光路电信号从而识别和判断内转台的整转到达； 

3）利用设定的转台2转动一整圈的时间，细分出多个相等的时间段，将每个时间段转台2的实际角度对应关系计算出来；同时将这些时间段作为寻北时陀螺采样的采样时间间隔，在寻北计算时，将使用这些计算出而不是测量出的角度，完成寻北解算。 

上述步骤2）中，当通光槽4经过双路光电传感器1时，将使双路光电传感器1的A路和B路光电接收器6分别通过光束并产生通光路和断光路的电信号输出；由于这两路信号存在时间差，故可以通过方向脉冲分离单元8识别和判断出转动方向，并确保整转到达脉冲在通光槽的一个侧边上。 

图1和图2所示，在寻北仪箱体9上安装一个光电传感器1和一个可转动的转台2，在转台2上安装了一个光栅3，该光栅只有一个通光槽4，它能穿过A路和B路双路光电传感器1的U型检测槽。当通光槽4经过双路光电传感器1的U型检测槽时，将使其光电接收器6的A路和B路分别通过光束、并产生电信号输出。配套的电路参见图4所示，图中，光电接收器6的核心是光电传感器1的N1，其发光器5的光源电流由+Vcc经电阻器R1提供，其光电接收器6的A路和B路的受光电流信号由电阻器R2、R3转变为电压信号并送出。为确保整转到达检测的准确性，需要获取光电接收器6在通光槽4一个侧边上产生的输出脉冲，该功能由脉冲提取单元7完成，配套的电路参见图5所示。图中，脉冲提取单元7的输入信号是光电接收器6的A路信号和B路信号，A路信号经电容器C1和电阻器R5的微分电路后，可获得光电接收器6在通光槽4的A路侧边上产生的断光路输出脉冲；A路信号经反相器D1，由电容器C2和电阻器R4的微分电路后，可获得光电接收器6在通光槽4的A路侧边上产生的通光路输出脉冲。利用该断光路或通光路信号，可以获知不同转向整转的到达时刻。 

由于光电接收器6的A路和B路信号存在时间差，因此需要通过方向脉冲分离单元8识别和判断出转动方向，配套的电路参见图6所示。图中，与非门D2和D3的输入分别是脉冲提取单元7的输出①、③和光电接收器6中B路信号②，其输出信号送到RS触发器（由D触发器构成）D4的置位端和复位端，以获得整圈数到达信号。 

图7所示，为确保只有当通光槽4经过光电接收器6的A路传感器10时，光电传感器1产生的通光路或断光路信号脉冲才是整转到达有效信号，需要用到光电接收器6的B路传感器11的信号；当处在该图示的位置时，光电接收器6的B路传感器11已经完全处在通光路状态，其通光路信号②为低电平，使得与非门D2和D3输出逻辑高，相当于封锁住了输出信号，此时不会发出整转到达信号。当处在参见图8所示的位置时，光电接收器6的B路传感器11已经完全处在断光路状态，其断光路信号③为高电平，使得与非门D2和D3能够接收脉冲提取单元送出的信号。方向脉冲分离单元8中与非门D2和D3的输出信号经异或门D5，可获得顺时针转动或逆时针转动的信号，其时序关系参见图9所示。顺时针转动时，图中的①输出高电平脉冲信号，②保持为高电平，与非门D2的输出VD2为低电平脉冲，CI端输出为高电平，整转到达；逆时针转动时，图中的③输出高电平脉冲信号，②保持为高电平，与非门D3的输出VD3为低电平脉冲，CI端输出为高电平，整转到达。 

方向脉冲分离单元8中RS触发器D4（由D触发器构成）用来判断转动方向。图9中，顺时针转动时，CI输出高电平脉冲的时刻，CAT输出低电平脉冲（表示顺时针转动）；图10中，逆时针转动时，CI输出高电平脉冲的时刻，CAT输出高电平（表示逆时针转动）。 

各个电路单元组合起来的电路图参见图11所示。光电传感器1的A路和 B路信号送到脉冲提取单元7的C1和D1的输入端，该单元的输出送到方向分离单元8的D2和D3的输入端，其输出端是整转到达“CI”输出端和转向信号“CAT”。 

为使正反转整转到达识别尽量在一个角度，即解决正反转识别时的迟滞问题，通常需要在以下几方面采取措施： 

1、通光槽4的槽壁延长线延伸到光栅的圆心； 

2、控制双路光电传感器输出的迟滞特性，可适当加大光源的工作电流，使受光器端变化沿变陡；也可以为之配置较小迟滞特性的电路（如图12所示），将其分别串连接到A路和B路光电接收器6的输出线路中；R6和R7的数值决定变化沿的反转点，N2的开环增益决定迟滞区间的大小； 

当只需要检测单方向转动的整转到达时，相应的光电传感器1和电路将要简化（如图13所示），即只用单路光电传感器1和脉冲提取单元7，不再需要方向脉冲分离单元8，也没有顺时针整转到达和逆时针整转到达的误差。 

将采用以下的方法获知转台2转动的当前角位置： 

为确定转台2转动一整圈的时间T，通常采用便于计算的时间，如60秒、36秒、30秒等，该时间应是能细分的时间段（也是陀螺采样间隔时间）t的整数倍的关系，该时间的选择对寻北精度应没有不良的影响。例如，细分出时间段定义为0.01秒，当T为36秒时，在T时间内共分出3600个时间段，对应到一整圈360°，每个时间段到达时，转台已经转动了（ΔΩ）0.1°。 

为确定细分出的时间段（即陀螺采样间隔的时间）t，通常选择寻北计算机便于设置和计算、且数值较小的时间间隔（如0.01秒），该时间的选择对寻北精度应没有不良的影响。 

一旦选定了转台2转动一整圈的时间T和细分出的时间段t（即细分出n 个采样时间段t的数值），则每个细分出时间段转台2的实际角度也就能够计算出来，寻北计算机将用数字系统的差分方程按照以下公式计算： 

${\mathrm{\Ω}}_i=\frac{360}{T}\·i,(i=\mathrm{0,1,2},....n)\·\·\·\left(1\right)$

其Ω_i就是转台转动的当前角度数值。 

为确保Ω_i的准确有效，需要有稳定的转台2提供稳定的转动作为前提条件。 

为确保公式（1）计算出来的Ω_i能够对应实际正确的Ω_i，需要在转台2整转到达时将i置为0，即实现同步。 

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。 

Claims (4)

1.一种利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法，其特征包括下述步骤：

1）在寻北仪箱体（9）上安装双路光电传感器（1）和一个可转动的转台（2），在转台（2）上安装光栅（3）且光栅（3）上只有一个通光槽（4）；

2）转台（2）开始转动后，当通光槽（4）穿过光电传感器（1）的检测槽时使双路光电传感器（1）产生通光路和断光路电信号从而识别和判断转台的整转到达；

3）利用设定的转台（2）转动一整圈的时间，细分出多个相等的时间段，将每个时间段转台（2）的实际角度对应关系计算出来；同时将这些时间段作为寻北时陀螺采样的采样时间间隔，在寻北计算时，将使用这些计算出而不是测量出的角度，完成寻北解算。

2.根据权利要求1所述的利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法，其特征在于：上述步骤2）中，当通光槽（4）经过双路光电传感器（1）时，将使双路光电传感器（1）的A路和B路光电接收器（6）分别通过光束并产生通光路和断光路的电信号输出；由于这两路信号存在时间差，故可以通过方向脉冲分离单元（8）识别和判断出转动方向，并确保整转到达脉冲在通光槽（4）的一个侧边上。

3.根据权利要求1所述的利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法，其特征在于：上述步骤2）中，所述检测槽为U型检测槽。

4.根据权利要求1所述的利用光电装置确定寻北仪内转台整转到达和转动角度的方法，其特征在于：上述步骤1）中，通光槽（4）的槽壁延长线延伸到光栅（3）的圆心。

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