CN108303019A - 一种陀螺稳定平台的角位移测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种陀螺稳定平台角位移的测量方法，陀螺稳定平台包括方位轴、俯仰轴、第一电容传感器和第二电容传感器，所述测量方法包括以下步骤：在方位轴上设置方位轴偏心检测弧面，以及在俯仰轴上设置俯仰轴偏心检测弧面；根据电容传感器预设的安装距离，将第一电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测方位轴偏心检测弧面，并将第二电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测俯仰轴偏心检测弧面；根据方位轴偏心检测弧面的第一偏心距和第一电容传感器检测到第一线位移得到方位轴的角位移，并根据俯仰轴偏心检测弧面的第二偏心距和第二电容传感器检测到第二线位移得到俯仰轴的角位移。

Description

一种陀螺稳定平台的角位移测量方法

技术领域

本发明涉及光机结构的测量方法领域，尤其涉及一种陀螺稳定平台的角位移测量方法。

背景技术

为了实现对同一目标采取多种方式的侦察和定位，常常需要机载陀螺稳定平台能够在有限的体积范围内装载多种任务载荷，因此提高机载陀螺稳定平台的载荷与体积比直接关系到陀螺稳定平台的使用效能。目前陀螺稳定平台多采用的是两轴两框架或两轴四框架的结构形式，此两种结构形式的共同特点是驱动电机和测角编码器等元件都是串联在方位旋转轴和俯仰旋转轴上，这直接限制了陀螺稳定平台在方位轴和俯仰轴方向上可装载任务载荷的空间。尽管通过合理优化方位轴和俯仰轴，以及选用轴向尺寸较小的电机、轴承和测角编码器等元件可以在一定程度上增加陀螺稳定平台可装载任务载荷的空间，但基于传统两轴两框架或两轴四框架结构形式的陀螺稳定平台还是没办法大幅提高载荷和体积比。

传统的陀螺稳定平台角位移的测量方法是在平台方位轴的轴向方向上和俯仰轴系的轴向方向上分别串联一个测量平台的方位轴或俯仰轴旋转角度的编码器，如图1所示，陀螺稳定平台包括俯仰轴11和编码器12，编码器12的外圈固定，内圈与俯仰轴11的旋转轴连接，旋转轴转动会带动编码器的内圈一起转动，使编码器的内外圈产生相对转动，从而测量出俯仰轴11的旋转角度。但是该测量方法中编码器12会占据方位轴或俯仰轴较大的轴向空间，且对于加工精度及装调要求较高。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中编码器会占据方位轴或俯仰轴较大的轴向空间，且对于加工精度及装调要求较高的技术问题，提供一种陀螺稳定平台的角位移测量方法。

本发明提供一种实施例的陀螺稳定平台角位移的测量方法，陀螺稳定平台包括方位轴、俯仰轴、第一电容传感器和第二电容传感器，所述测量方法包括以下步骤：

在方位轴上设置方位轴偏心检测弧面，以及在俯仰轴上设置俯仰轴偏心检测弧面；

根据电容传感器预设的安装距离，将第一电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测方位轴偏心检测弧面，并将第二电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测俯仰轴偏心检测弧面；

根据方位轴偏心检测弧面的第一偏心距和第一电容传感器检测到第一线位移得到方位轴的角位移，并根据俯仰轴偏心检测弧面的第二偏心距和第二电容传感器检测到第二线位移得到俯仰轴的角位移。

本发明的技术方案与现有技术相比，有益效果在于：通过在方位轴上设置方位轴偏心检测弧面，以及在俯仰轴上设置俯仰轴偏心检测弧面，使得检测方位轴偏心检测弧面的第一电容传感器和检测俯仰轴偏心检测弧面的第二电容传感器布置在陀螺稳定平台的方位轴和俯仰轴的轴线方向以外的位置上，这样减小了陀螺稳定平台在方位轴和俯仰轴的轴向尺寸，从而增加了陀螺稳定平台在方位轴和俯仰轴的两个轴向上的可装载任务载荷空间。

附图说明

图1为现有技术中具有轴系的陀螺稳定平台的结构示意图。

图2为本发明陀螺稳定平台角位移的测量方法一种实施例的流程图。

图3为本发明电容传感器一种实施例的安装示意图。

图4为本发明电容传感器偏心法测量原理图。

图5为本发明测量方法的试验装置一种实施例的结构示意图。

图6为本发明测量方法的试验装置中扇形转盘一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明提供一种实施例的陀螺稳定平台角位移的测量方法，陀螺稳定平台包括方位轴、俯仰轴、第一电容传感器和第二电容传感器，如图2所示，所述测量方法包括以下步骤：

步骤S11，在方位轴上设置方位轴偏心检测弧面，以及在俯仰轴上设置俯仰轴偏心检测弧面；

步骤S12，根据电容传感器预设的安装距离，将第一电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测方位轴偏心检测弧面，并将第二电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测俯仰轴偏心检测弧面；

步骤S13，根据方位轴偏心检测弧面的第一偏心距和第一电容传感器检测到第一线位移得到方位轴的角位移，并根据俯仰轴偏心检测弧面的第二偏心距和第二电容传感器检测到第二线位移得到俯仰轴的角位移。

本发明的陀螺稳定平台角位移的测量方法，通过在方位轴上设置方位轴偏心检测弧面，以及在俯仰轴上设置俯仰轴偏心检测弧面，使得检测方位轴偏心检测弧面的第一电容传感器和检测俯仰轴偏心检测弧面的第二电容传感器可以布置在陀螺稳定平台的方位轴和俯仰轴的轴线方向以外的位置上，可以减小了陀螺稳定平台在方位轴和俯仰轴的轴向尺寸，从而增加了陀螺稳定平台在方位轴和俯仰轴的两个轴向上的可装载任务载荷空间。也就是说，陀螺稳定平台的方位轴和俯仰轴在轴线方向上的尺寸是一定的，因为电容传感器没有串联在方位轴和俯仰轴的轴向上，因此可以减小陀螺稳定平台在方位轴和俯仰轴的轴向尺寸。而且，电容传感器对于安装和装调精度要求较低，这不仅可以降低结构件的加工成本，还可以节省装调时间。那么采用本发明中的测量方法测量陀螺稳定平台角位移，可以解决传统的同轴串联式平台角位移测量方法存在的轴向尺寸空间占比较大的问题，且测量精度高，结构紧凑，对加工装调要求低，装配过程简单且装配周期短。

在具体实施中，当方位轴偏心检测弧面包括第一方位轴偏心检测弧面和第二方位轴偏心检测弧面，俯仰轴偏心检测弧面包括第一俯仰轴偏心检测弧面和第二俯仰轴偏心检测弧面时,步骤S12具体为：

根据第一电容传感器预设的安装距离，将两个第一电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测对应的方位轴偏心检测弧面；

根据第二电容传感器预设的安装距离，将两个第二电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测俯仰轴偏心检测弧面。

具体的，步骤S13具体为：

根据第一方位轴偏心检测弧面的第一偏心距、第二方位轴偏心检测弧面的第二偏心距、两个第一电容传感器分别检测到第一线位移得到方位轴的角位移；

根据第一俯仰轴偏心检测弧面的第一偏心距、第二方俯仰轴偏心检测弧面的第二偏心距、两个第二电容传感器分别检测到第二线位移得到俯仰轴的角位移。

也就是说，如果方位轴偏心检测弧面包括第一方位轴偏心检测弧面和第二方位轴偏心检测弧面时，两个第一电容传感器中的第一个与第一方位轴偏心检测弧面对应设置以检测第一方位轴偏心检测弧面的旋转角度，两个第一电容传感器中的第二个与第二方位轴偏心检测弧面对应设置以检测第二方位轴偏心检测弧面的旋转角度；如果俯仰轴偏心检测弧面包括第一俯仰轴偏心检测弧面和第二俯仰轴偏心检测弧面时，两个第二电容传感器中的第一个与第一俯仰轴偏心检测弧面对应设置以检测第一俯仰轴偏心检测弧面的旋转角度，两个第二电容传感器中的第二个与第二俯仰轴偏心检测弧面对应设置以检测第二俯仰轴偏心检测弧面的旋转角度。具体的，两个第一电容传感器中的第一个设置在第一方位轴偏心检测弧面的几何轴线上，两个第一电容传感器中的第二个设置在第二方位轴偏心检测弧面的几何轴线上；两个二电容传感器中的第一个设置在第一俯仰轴偏心检测弧面的几何轴线上，两个第一电容传感器中的第二个设置在第二俯仰轴偏心检测弧面的几何轴线上。

在具体实施中，第一方位轴偏心检测弧面和第二方位轴偏心检测弧面的几何中心对称分布在方位轴的两侧，第一俯仰轴偏心检测弧面和第二俯仰轴偏心检测弧面的几何中心对称分布在俯仰轴的两侧。另外，由于偏心检测弧面设置在方位轴或俯仰轴上，但是没有设置在方位轴和俯仰轴的轴向上，偏心检测弧面可以绕着方位轴的轴线或俯仰轴的轴线转旋，因此偏心检测弧面就是表示偏心检测弧面的几何中心和偏心检测弧面的轴线旋转中心具有一定的偏心距离。

在具体实施中，如图3所示，分别在相对于陀螺稳定平台方位轴U的轴线方向和俯仰轴W的轴线方向偏心距离为a的位置上布置第一电容传感器和第二电容传感器，接着通过偏心法对陀螺稳定平台方位轴和俯仰轴的角位移进行测量。也就是说，方位轴偏心检测弧面的偏心距离为a，俯仰轴偏心检测弧面的偏心距离为a，其中偏心距离就是偏心检测弧面的几何中心和偏心检测弧面的轴线旋转中心之间的距离。但是，方位轴偏心检测弧面的偏心距离和俯仰轴偏心检测弧面的偏心距离可以是相同的，也可以是不相同的。具体的，当方位轴偏心检测弧面包括第一方位轴偏心检测弧面和第二方位轴偏心检测弧面，第一方位轴偏心检测弧面的偏心距离和第二方位轴偏心检测弧面的偏心距离是相等的。当俯仰轴偏心检测弧面包括第一俯仰轴偏心检测弧面和第二俯仰轴偏心检测弧面，第一俯仰轴偏心检测弧面的偏心距离和第二俯仰轴偏心检测弧面的偏心距离是相等的。

在具体实施中，如图4所示，以陀螺稳定平台方位轴U为例说明用电容传感器偏心法测量陀螺稳定平台角位移的具体实施步骤，第一电容传感器布置在相对于方位轴U的轴线偏心距离为a的轴线上，方位轴偏心检测弧面距方位轴U的轴向轴心A的距离为R比如R＝120mm，方位轴偏心检测弧面沿方位轴U的轴线A的旋转角度θ，B是检测弧面与电容传感器的距离变化量。r＝a，为方位轴偏心检测弧面的几何中心O的绕旋转中心A的旋转半径，在此过程中，因为第一电容传感器的安装轴与方位轴U的轴线存在偏心，所以方位轴偏心检测弧面与第一电容传感器之间的距离会随着旋转角度的变化而变化，第一电容传感器会将检测到的直线位移转换成角位移。具体为：当方位轴偏心检测弧面绕方位轴U转动θ度时，方位轴偏心检测弧面与第一电容传感器之间的距离变化量为a*sinθ即得到方位轴的角位移值。另外，陀螺稳定平台的角位移是需要实时测量的，通过程序算法将电容传感器检测到的电信号实时转换成陀螺稳定平台的角位移值。另外，陀螺稳定平台的方位轴角位移和俯仰轴角位移都需要单独测量出来给伺服系统作为控制参数。

在具体实施中，为了证明用电容传感器偏心法测量陀螺稳定平台角位移的实施，如图5所示，本发明还提供一种陀螺稳定平台角位移测量方法的试验装置包括：编码器1、轴系组件2、平台框架3、扇形转盘4、第一试验电容传感器5、第二试验电容传感器6、电机7和L型支架8。轴系组件2由转轴、轴承、轴承压盖、编码器座等组成，这里的轴系组件可以看成是方位轴或俯仰轴的轴系组件，由电机7直接驱动该轴系组件转动。轴系组件2转动时带动扇形转盘4转动，扇形转盘4上有两个偏心检测弧面，这里的偏心检测弧面可以看成是第一方位轴偏心检测弧面和第二方位轴偏心检测弧面，两个偏心检测弧面包括内检测弧面41和外检测弧面42，如图6所示，根据电容传感器预设的安装距离，在内检测弧面41的几何轴线上设置第一试验电容传感器5，且第一试验电容传感器5通过L型支架8安装在平台框架3并不会随着扇形转盘4转动，在外检测弧面42的几何轴线上设置第二试验电容传感器6，且第二试验电容传感器6安装在平台框架3并不会随着扇形转盘4转动，当扇形转盘4转动时，其内检测弧面41与第一试验电容传感器5之间的第一距离以及外检测弧面42与第二试验电容传感器6之间的第二距离发生相反方向变化，即一个距离增大，一个距离减小，陀螺稳定平台的角位移测量结果取两个试验电容传感器测量值绝对值之和的平均值，通过采用双传感器偏心法测量可以去除轴系径向跳动带来的测量误差，提高测量结果的精度。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种陀螺稳定平台角位移的测量方法，其特征在于：陀螺稳定平台包括方位轴、俯仰轴、第一电容传感器和第二电容传感器，所述测量方法包括以下步骤：

在方位轴上设置方位轴偏心检测弧面，以及在俯仰轴上设置俯仰轴偏心检测弧面；

根据电容传感器预设的安装距离，将第一电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测方位轴偏心检测弧面，并将第二电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测俯仰轴偏心检测弧面；

根据方位轴偏心检测弧面的第一偏心距和第一电容传感器检测到第一线位移得到方位轴的角位移，并根据俯仰轴偏心检测弧面的第二偏心距和第二电容传感器检测到第二线位移得到俯仰轴的角位移。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于：当方位轴偏心检测弧面包括第一方位轴偏心检测弧面和第二方位轴偏心检测弧面，俯仰轴偏心检测弧面包括第一俯仰轴偏心检测弧面和第二俯仰轴偏心检测弧面时，所述根据电容传感器预设的安装距离，将第一电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测方位轴偏心检测弧面，并将第二电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测俯仰轴偏心检测弧面，具体为：

根据第一电容传感器预设的安装距离，将两个第一电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测对应的方位轴偏心检测弧面；

所述根据第二电容传感器预设的安装距离，将两个第二电容传感器固定在陀螺稳定平台的平台框架上以检测对应俯仰轴偏心检测弧面。

3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于：所述根据方位轴偏心检测弧面的第一偏心距和第一电容传感器检测到第一线位移得到方位轴角位移，并根据俯仰轴偏心检测弧面的第二偏心距和第二电容传感器检测到第二线位移得到俯仰轴的角位移，具体为：

根据第一方位轴偏心检测弧面的第一偏心距、第二方位轴偏心检测弧面的第二偏心距、两个第一电容传感器分别检测到第一线位移得到方位轴的角位移；

根据第一俯仰轴偏心检测弧面的第一偏心距、第二方俯仰轴偏心检测弧面的第二偏心距、两个第二电容传感器分别检测到第二线位移得到俯仰轴的角位移。

4.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于：第一方位轴偏心检测弧面和第二方位轴偏心检测弧面的几何中心对称分布在所述方位轴的两侧。

5.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于：第一俯仰轴偏心检测弧面和第二俯仰轴偏心检测弧面的几何中心对称分布在俯仰轴的两侧。

6.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于：第一方位轴偏心检测弧面的偏心距离和第二方位轴偏心检测弧面的偏心距离是相等的。

7.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于：第一俯仰轴偏心检测弧面的偏心距离和第二俯仰轴偏心检测弧面的偏心距离是相等的。

8.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于：两个第一电容传感器中的第一个设置在第一方位轴偏心检测弧面的几何轴线上，两个第一电容传感器中的第二个设置在第二方位轴偏心检测弧面的几何轴线上。

9.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于：两个二电容传感器中的第一个设置在第一俯仰轴偏心检测弧面的几何轴线上，两个第一电容传感器中的第二个设置在第二俯仰轴偏心检测弧面的几何轴线上。