CN108709547A - 一种用于陀螺罗经的航向测量发送装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于陀螺罗经的航向测量发送装置及其测量方法，所述装置包括齿轮链、接口单元、装订单元、显示单元、编码器和处理单元，本发明操作简单、使用方便，只需开机时，引入磁罗经航向或进行人工装订，通过一次性简单操作，即可确定陀螺罗经初始航向的整数位，在确定初始陀螺罗经航向后，无需借助外部信息或人工干预，处理单元根据编码器信号的变化趋势，就能判断出方位环的转动方向，从而对陀螺罗经航向的整数位进行递增或递减计算，得到准确、实时的陀螺罗经航向的整数位。

Description

一种用于陀螺罗经的航向测量发送装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及船舶导航技术领域，特别是涉及一种用于陀螺罗经的航向测量发送装置及其测量方法。

背景技术

陀螺罗经是一种不依赖于外部信息的自主导航设备，不仅可以为船舶导航提供精确可靠的航向信息，还能为其他船用设备提供方位基准。

陀螺罗经主要由控制部件、随动部件、航向测量发送部件组成。控制部件用于利用地球自转角速度和重力场的综合效应，控制陀螺仪的自转轴自动寻找真北。随动部件用于使方位环、水平环始终实时、平稳跟踪陀螺仪的自转轴。航向测量发送部件用于测量方位环的旋转角度(即陀螺罗经航向)，经隔离、转换、驱动后，对外发送。

目前，用于陀螺罗经的航向测量发送部件的种类有以下几种：

1多级旋转变压器型

一台多级旋转变压器安装在陀螺罗经的方位环上，转值360°/转。多级旋转变压器输出与方位环所处角度相对应的模拟电压，经模数转换单元转换后，可输出精确角度值。这种方式虽然精度高、体积小，但是成本昂贵，且模数转换单元线路复杂。

2自整角机型

一台自整角机安装在陀螺罗经的方位环上，转值360°/转。自整角机输出与方位环所处角度相对应的模拟电压，经模数转换单元转换后，可输出角度值。这种方式虽然成本较低，但是测量精度不高，且模数转换单元线路复杂。

3编码器型

一台编码器安装在陀螺罗经的方位环上，转值360°/转。编码器输出与方位环所处角度相对应的数字量角度值，经处理单元计算后可输出角度值。这种方式若选用精度高的光电编码器，则体积大、价格高；若选用精度低的光电编码器，虽然体积小、价格低，但又无法满足精度要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种用于陀螺罗经的航向测量发送装置及其测量方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于陀螺罗经的航向测量发送装置，包括：

齿轮链，为多级齿轮传动机构，固定在陀螺罗经的方位环上；

接口单元，用于获取磁罗经航向并传输给处理单元，作为陀螺罗经初始航向的整数位；

装订单元，用于手动装订或修改陀螺罗经初始航向的整数位；

显示单元，用于显示陀螺罗经初始航向的整数位；

编码器，安装在齿轮链的末级齿轮的转轴上，用于实时获取末级齿轮的角位移并传输给处理单元；

处理单元，用于根据接收的磁罗经航向数据和编码器角位移信号计算出陀螺罗经的实际初始航向，根据实际初始航向以及编码器角位移信号的变化趋势实时调整航向信息，并通过其输出端口传输给负载。

作为优选地，所述方位环与齿轮链的首级齿轮的转速比为360°/转，即首级齿轮转动一圈，方位环旋转360°；方位环与末级齿轮的转速比为1°/转，即末级齿轮转动一圈，方位环旋转1°。

作为优选地，编码器为绝对值型光电编码器，其输出信号格式为8位并行二进制码，用于向处理单元发送1°/转齿轮的数字量角度值。

作为优选地，所述处理单元根据接收的1°/转齿轮的数字量角度值计算出陀螺罗经的航向小数位，根据陀螺罗经初始航向的整数位和小数位计算出陀螺罗经的实际初始航向。

作为优选地，所述处理单元的输出端口包括RS422串口和CAN接口，负载包括自动舵、雷达、电子海图、航向复示器和船舶设备网络。

作为优选地，所述装订单元和显示单元集成为一体。

作为优选地，所述装订单元上设置有多个用于向处理单元发送装订信号的装订按键。

一种用于陀螺罗经的航向测量发送装置的测量方法，具体包括以下步骤：

步骤1：通过接口单元获取磁罗经的航向数据并传输给处理单元，作为陀螺罗经初始航向的整数位；

步骤2：处理单元判断是否接收到磁罗经的航向数据，若未收到，则向显示单元发送提示信号，提醒工作人员通过装订单元手动装订陀螺罗经初始航向的整数位；

步骤3：通过编码器获取齿轮链中末级齿轮的初始角位移信号并传输给处理单元，处理单元根据该信号计算出陀螺罗经初始航向的小数位；

步骤4：处理单元将陀螺罗经初始航向的整数位和小数位整合成初始航向；

步骤5：陀螺罗经初始航向确定好之后，处理单元继续接收编码器的角位移信号，并根据接收的信号计算出陀螺罗经实时航向的小数位；

步骤6：处理单元根据实际初始航向以及陀螺罗经航向小数位的变化趋势实时调整航向信息，并通过其输出端口传输给负载。

作为优选地，所述步骤2中还包括步骤2.1：处理单元判断接收到的磁罗经航向数据与陀螺罗经标度盘上显示的航向的整数位是否相同，若相同，则执行步骤3，否则，以标度盘上显示的航向为基准手动修改陀螺罗经初始航向的整数位。

作为优选地，所述步骤6中处理单元根据实际初始航向以及陀螺罗经航向小数位的变化趋势实时调整航向信息的具体步骤为：

步骤6.1：判断陀螺罗经航向小数位的变化趋势，若航向小数位逐渐增大，则将陀螺罗经航向的整数位进位增加，反之，将陀螺罗经航向的整数位退位递减，作为当前航向整数位；

步骤6.2：将当前航向整数位与当前航向小数位进行整合，获得陀螺罗经的当前航向；

步骤6.3：通过处理单元的输出端口将陀螺罗经的当前航向传输给负载。

本发明的积极有益效果：

1、本发明只需开机时，引入磁罗经航向或进行人工装订，通过一次性简单操作，即可确定陀螺罗经初始航向的整数位。在确定初始陀螺罗经航向后，无需借助外部信息或人工干预，处理单元根据编码器信号的变化趋势，就能判断出方位环的转动方向，从而对陀螺罗经航向的整数位进行递增或递减计算，得到准确、实时的陀螺罗经航向的整数位。

2、本发明操作简单、使用方便，无需在方位环或齿轮链上安装任何角度传感器，即可获得陀螺罗经航向的整数位，从而降低成本，减小体积。

3、本发明的编码器安装在齿轮链的1°/转齿轮的转轴上，用于获得陀螺罗经航向的小数位，保证了本发明的测量精度，因此，在编码器精度不高的条件下，也能获得较高精度的测量角度。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明具体实施例的原理框图。

图3为本发明方法中确定陀螺罗经实际初始航向的流程图。

图4为本发明方法中获取实时航向的流程图。

图中标号的具体含义为：1为标度盘，2为方位环，3为陀螺仪自转轴，4为水平环，5为航向测量发送装置，6为首级齿轮，7为末级齿轮，8齿轮链。

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明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

结合图1说明本实施方式，本发明的用于陀螺罗经的航向测量发送装置，包括齿轮链8、接口单元、装订单元、显示单元、编码器和处理单元。

所述齿轮链8，为多级齿轮传动机构，固定在陀螺罗经的方位环2上，多级齿轮传动机构的传动级数以及各级之间的传动比可根据实际使用需要具体设定，但在本实施例中，将方位环2与齿轮链的首级齿轮6的转速比设定为360°/转，即首级齿轮转动一圈，方位环旋转360°；方位环2与末级齿轮7的转速比设定为1°/转，即末级齿轮转动一圈，方位环旋转1°。

所述编码器，安装在齿轮链的末级齿轮7的转轴上，用于实时获取末级齿轮的角位移并传输给处理单元。本实施例中，编码器采用绝对值型光电编码器，其输出信号格式为8位并行二进制码，用于向处理单元发送1°/转齿轮的数字量角度值，该光电编码器输出的数字量角度值的最小单位所对应的角度为1°÷2⁸＝0.0039°，大大提高了本发明的测量精度。

所述接口单元，用于获取磁罗经发送的RS422接口航向信息，并经格式转换后传输给处理单元，作为陀螺罗经初始航向的整数位；接口单元的信号输出端与处理单元的信号输入端连接。

所述装订单元上设置有多个用于向处理单元发送装订信号的装订按键，主要用于手动装订或修改陀螺罗经初始航向的整数位，装订单元的信号输出端与处理单元的信号输入端连接。当处理单元未接收到磁罗经航行或磁罗经航向与陀螺罗经标度盘上显示的航向相差较大时，需要通过装订单元上的装订按键手动装订陀螺罗经初始航向的整数位。

所述显示单元的信号输入端与处理单元的信号输出端连接，用于显示陀螺罗经初始航向的整数位。在实际生产使用过程中，装订单元和显示单元集成为一体。

所述处理单元，用于根据接收到的编码器信号(即1°/转齿轮的数字量角度值)计算出陀螺罗经的航向小数位，并将编码器的初始信号所对应的航向小数位作为陀螺罗经初始航向的小数位，根据陀螺罗经初始航向的整数位和小数位计算出陀螺罗经的实际初始航向，根据实际初始航向以及编码器角位移信号的变化趋势实时调整航向信息，并通过RS422串口向自动舵、雷达、电子海图、航向复示器等负载发送航向信息，通过CAN接口向船舶设备网络发送航向信息。

当装置开机时，可通过接口单元引入磁罗经航向，作为陀螺罗经初始航向的整数位，若未接收到磁罗经航向，可根据陀螺罗经标度盘上显示的航向通过装订单元进行手动装订；然后，通过编码器信号计算出陀螺罗经初始航向的小数位，将陀螺罗经初始航向的整数位和小数位相结合获得陀螺罗经的初始航向。在确定好初始航向之后，处理单元继续接收编码器信号，获取陀螺罗经实时航向的小数位，只需要根据编码器信号的变化趋势，就可判断出陀螺罗经方位环的转动方向，就能对陀螺罗经实时航向的整数位进行递增或递减计算，从而实时、精确地计算出陀螺罗经的航向，并传输给负载，从而达到降低成本、提高精度、减小体积的目的。

利用本发明的航向测量发送装置进行航向测量时，具体包括以下步骤：

步骤1：通过接口单元获取磁罗经的航向数据并传输给处理单元，作为陀螺罗经初始航向的整数位。

步骤2：处理单元判断是否接收到磁罗经的航向数据，若未收到，则向显示单元发送提示信号，提醒工作人员通过装订单元手动装订陀螺罗经初始航向的整数位。

同时，处理单元判断接收到的磁罗经航向数据与陀螺罗经标度盘上显示的航向的整数位是否相同，若相同，则执行步骤3，否则，以标度盘上显示的航向为基准手动修改陀螺罗经初始航向的整数位。

步骤3：通过编码器获取齿轮链中末级齿轮的初始角位移信号并传输给处理单元，处理单元根据该信号计算出陀螺罗经初始航向的小数位。

步骤4：处理单元将陀螺罗经初始航向的整数位和小数位整合成初始航向。

步骤5：陀螺罗经初始航向确定好之后，处理单元继续接收编码器的角位移信号，并根据接收的信号计算出陀螺罗经实时航向的小数位。

步骤6：处理单元根据实际初始航向以及陀螺罗经航向小数位的变化趋势实时调整航向信息，并通过其输出端口传输给负载；

具体地，首先，判断陀螺罗经航向小数位的变化趋势，若航向小数位逐渐增大，则将陀螺罗经航向的整数位进位增加，反之，将陀螺罗经航向的整数位退位递减，作为当前航向整数位；然后，将当前航向整数位与当前航向小数位进行整合，获得陀螺罗经的当前航向；最后，通过RS422串口向自动舵、雷达、电子海图、航向复示器等负载发送当前航向信息，通过CAN接口向船舶设备网络发送当前航向信息。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种用于陀螺罗经的航向测量发送装置,其特征在于，包括：

齿轮链，为多级齿轮传动机构，固定在陀螺罗经的方位环上；

编码器，安装在齿轮链的末级齿轮的转轴上，用于实时获取末级齿轮的角位移并传输给处理单元；

接口单元，用于获取磁罗经航向并传输给处理单元，作为陀螺罗经初始航向的整数位；

装订单元，用于手动装订或修改陀螺罗经初始航向的整数位；

显示单元，用于显示陀螺罗经初始航向的整数位；

处理单元，用于根据接收的磁罗经航向数据和编码器角位移信号计算出陀螺罗经的实际初始航向，根据实际初始航向以及编码器角位移信号的变化趋势实时调整航向信息，并通过其输出端口传输给负载。

2.根据权利要求1所述的用于陀螺罗经的航向测量发送装置，其特征在于，所述方位环与齿轮链的首级齿轮的转速比为360°/转，即首级齿轮转动一圈，方位环旋转360°；方位环与末级齿轮的转速比为1°/转，即末级齿轮转动一圈，方位环旋转1°。

3.根据权利要求2所述的用于陀螺罗经的航向测量发送装置，其特征在于，编码器为绝对值型光电编码器，其输出信号格式为8位并行二进制码，用于向处理单元发送1°/转齿轮的数字量角度值。

4.根据权利要求3所述的用于陀螺罗经的航向测量发送装置，其特征在于，所述处理单元根据接收的1°/转齿轮的数字量角度值计算出陀螺罗经的航向小数位，根据陀螺罗经初始航向的整数位和小数位计算出陀螺罗经的实际初始航向。

5.根据权利要求4所述的用于陀螺罗经的航向测量发送装置，其特征在于，所述处理单元的输出端口包括RS422串口和CAN接口，负载包括自动舵、雷达、电子海图、航向复示器和船舶设备网络。

6.根据权利要求1所述的用于陀螺罗经的航向测量发送装置，其特征在于，所述装订单元和显示单元集成为一体。

7.根据权利要求6所述的用于陀螺罗经的航向测量发送装置，其特征在于，所述装订单元上设置有多个用于向处理单元发送装订信号的装订按键。

8.一种权利要求1-7中任一项所述的用于陀螺罗经的航向测量发送装置的测量方法,其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：通过接口单元获取磁罗经的航向数据并传输给处理单元，作为陀螺罗经初始航向的整数位；

步骤2：处理单元判断是否接收到磁罗经的航向数据，若未收到，则向显示单元发送提示信号，提醒工作人员通过装订单元手动装订陀螺罗经初始航向的整数位；

步骤3：通过编码器获取齿轮链中末级齿轮的初始角位移信号并传输给处理单元，处理单元根据该信号计算出陀螺罗经初始航向的小数位；

步骤4：处理单元将陀螺罗经初始航向的整数位和小数位整合成初始航向；

步骤5：陀螺罗经初始航向确定好之后，处理单元继续接收编码器的角位移信号，并根据接收的信号计算出陀螺罗经实时航向的小数位；

步骤6：处理单元根据实际初始航向以及陀螺罗经航向小数位的变化趋势实时调整航向信息，并通过其输出端口传输给负载。

9.根据权利要求8所述的用于陀螺罗经的航向测量发送装置的测量方法,其特征在于，所述步骤2中还包括步骤2.1：处理单元判断接收到的磁罗经航向数据与陀螺罗经标度盘上显示的航向的整数位是否相同，若相同，则执行步骤3，否则，以标度盘上显示的航向为基准手动修改陀螺罗经初始航向的整数位。

10.根据权利要求8所述的用于陀螺罗经的航向测量发送装置的测量方法,其特征在于，所述步骤6中处理单元根据实际初始航向以及陀螺罗经航向小数位的变化趋势实时调整航向信息的具体步骤为：

步骤6.1：判断陀螺罗经航向小数位的变化趋势，若航向小数位逐渐增大，则将陀螺罗经航向的整数位进位增加，反之，将陀螺罗经航向的整数位退位递减，作为当前航向整数位；

步骤6.2：将当前航向整数位与当前航向小数位进行整合，获得陀螺罗经的当前航向；

步骤6.3：通过处理单元的输出端口将陀螺罗经的当前航向传输给负载。