CN103453873B - 一种基于时间基准的角坐标构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时间基准的角坐标构建方法，所述方法包括以下步骤：获取具有周期性的时域信号系列；通过所述周期性的时域信号系列获取角坐标。本方法利用时域信号系列的周期性，构建了对应采样数据的角坐标。本方案针对角分度测量系统，提出了基于时基信号的角坐标构建技术，旨在利用时域信号系列的周期性，构建角坐标体系；避免采用角度测量装置及增加光、机、电等硬件系统的复杂性，简化整个测量系统。该方法大大降低了角度信息获取的难度和成本，结构简单，操作便捷，具有广泛的应用前景。

Description

一种基于时间基准的角坐标构建方法

技术领域

本发明涉及几何量-角度测量领域，特别涉及一种基于时间基准的角坐标构建方法。

背景技术

在几何量测量中，为获得角分度信息，需要进行角度测量。角度测量技术主要有机械式、光学式、电磁式和光电式。目前，应用比较普遍的角度检测装置是编码器，例如：光栅编码器、磁栅编码器等。测量时，编码器与旋转轴同轴安装，它将轴回转的角度量，转换成相应的电脉冲或数字量输出。但是，安装编码器会使整个机械结构复杂化，还需要增加相关硬件及信息传输通道等。其他的角度测量技术，如机械式的多齿分度盘、激光干涉测量等，应用时因光、机、电等方面的要求大幅增加整个测量系统结构的复杂性。

发明内容

本发明提供了一种基于时间基准的角坐标构建方法，本发明降低了测量系统结构的复杂性，扩大了实际应用中的范围，详见下文描述：

一种基于时间基准的角坐标构建方法，所述方法包括以下步骤：

获取具有周期性的时域信号系列；

通过所述周期性的时域信号系列获取角坐标；

其中，所述获取具有周期性的时域信号系列的步骤具体为：

将传感器或触发装置搭载于一匀速回转的轴上，设回转轴为Z轴，传感器或触发装置为O，传感器或触发装置搭载于Z轴上并随Z轴回转，设Z轴回转角速度为ω，一转采样频率为f，Z轴等速回转一周后，获得一段时间长度为2π/ω的时域信号，Z轴连续回转，即获得周期性的时域信号系列；

其中，所述通过所述周期性的时域信号系列获取角坐标的步骤具体为：

取某单一周期时域信号，设第j个测量值r_j的角坐标为α_j，有：

α_j=(360/f)×(j-1)。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本方法利用时域信号系列的周期性，构建了对应采样数据的角坐标。本方案针对角分度测量系统，提出了基于时基信号的角坐标构建技术，旨在利用时域信号系列的周期性，构建角坐标体系；避免采用角度测量装置及增加光、机、电等硬件系统的复杂性，简化整个测量系统。该方法大大降低了角度信息获取的难度和成本，结构简单，操作便捷，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1(a)为周期性时域信号系列——连续周期信号示例1示意图；

图1(b)为周期性时域信号系列——连续周期信号示例2示意图；

图2为具有周期性的时域信号系列获取示意图；

图3为一种基于时间基准的角坐标构建方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了降低测量系统结构的复杂性，扩大实际应用中的范围，本发明实施例提供了一种基于时间基准的角坐标构建方法，参见图1、图2和图3，详见下文描述：

101：获取具有周期性的时域信号系列；

参见图1和图2，图2为空间坐标系X-Y-Z中示例。X轴与Y轴相互垂直，构成一个平面，Z轴垂直于X-Y平面。将传感器或触发装置搭载于一匀速回转的轴上，设回转轴为Z轴，传感器或触发装置为O，传感器或触发装置搭载于Z轴上并随Z轴回转，设Z轴回转角速度为ω，一转采样频率为f，采样值用1表示，Z轴等速回转一周后，获得一段时间长度为(2π/ω)的时域信号。Z轴连续回转，即获得周期性的时域信号系列，同时也是对应一周360°采样数据集合2，图1给出了时域信号系列的示例。

102：通过周期性的时域信号系列获取角坐标。

测量过程中，在Z轴连续回转情况下，采集到的时域信号在每转的基础上具有一定的重复性（即周期性），每转对应一个时间量t_i。假设时域信号系列中t₁=t₂=t₃=…=t_i，即各转对应的时间量均相等（至少在允差范围内相等），则可认为该连续回转为匀速回转，回转角速度ω恒定为常数。进而可推断，各采样值之间是等角间隔的。取某单一周期时域信号，设第j个测量值r_j的角坐标为α_j（单位：°），有：

α_j=(360/f)×(j-1)

基于等速回转获取的时域信号系列构成的数据集合，显然具有周期性变化的特点。遵照上述原理，抽取时域信号系列中一个或几个周期的数据，利用时基即可确定角坐标信息。

即基于上述介绍的时基自整定角坐标构建原理，即可确定各采样值对应的角坐标信息。

其中，在建立时基自整定角坐标时，回转轴Z轴的等速性，在一定精度要求下的一转等速性以及短时间段内的等速性是必要的前提条件，而长时间段内转速的漂移并不影响角定位精度。此时，再保证足够高的计时精度，就可以获得足够的角度分割的精度。

本发明实施例对传感器或触发装置的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (1)

1.一种基于时间基准的角坐标构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取具有周期性的时域信号系列；

通过所述周期性的时域信号系列获取角坐标；

其中，所述获取具有周期性的时域信号系列的步骤具体为：

X轴与Y轴相互垂直，构成一个平面，Z轴垂直于X-Y平面；将传感器或触发装置搭载于一匀速回转的轴上，设回转轴为Z轴，传感器或触发装置为O，传感器或触发装置搭载于Z轴上并随Z轴回转，设Z轴回转角速度为ω，一转采样频率为f，Z轴等速回转一周后，获得一段时间长度为2π/ω的时域信号，Z轴连续回转，即获得周期性的时域信号系列；

其中，所述通过所述周期性的时域信号系列获取角坐标的步骤具体为：

取某单一周期时域信号，设第j个测量值r_j的角坐标为α_j，角坐标α_j的单位为°，

α_j＝(360/f)×(j-1)。