CN108871546A - 一种摆杆运动参数测量装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆杆运动参数测量装置、方法及系统。本发明提供的摆杆运动参数测量装置结构简单、工作稳定性高，采用的光敏阵列、光敏阵列辅助安装工件、激光光源、激光光源辅助安装工件以及信号处理元件成本低廉，能够大幅度降低测量装置成本。采用本发明提供的摆杆运动参数测量装置、方法及系统能够快速实现摆杆收放时间和中立位置震荡频率的测量，并且能够提高摆杆收放时间和中立位置震荡频率的测量精度。

Description

一种摆杆运动参数测量装置、方法及系统

技术领域

本发明涉及机械摆杆运动测量技术领域，特别是涉及一种摆杆运动参数测量装置、方法及系统。

背景技术

机械摆杆的运动参数测量对研究摆杆机构运动有着重要意义，各项运动时间和震荡频率指标是否达到设计要求，表明摆杆机构运动是否平稳无滞涩，是摆杆系统机构运动试验的一项重要指标。其中最重要的两个运动参数分别为摆杆收放时间和摆杆中立位置的震荡频率，摆杆通过连杆运动机构连接高能作动筒，高能作动筒的加压和卸压实现摆杆的放下与回收，测量摆杆绕固定轴从中立位置旋转运动到终了位置和放下位置的旋转运动角度和时间，同时检测摆杆回收时中立位置处的摆杆震荡频率。

现有摆杆收放时间的测量方法有三种。第一种：接近开关法，即在摆杆旋转运动过程中的“中立位置”、“终了位置”、“放下位置”分别安装电感式接近开关，在摆杆上附加安装磁钢。该方法安装调试比较复杂，且测量时间误差比较大，无法实现中立位置摆杆震荡频率测量。第二种：在摆杆上附加安装陀螺仪法，该方法测量俯仰角度精度通常能达到0.3°，能完成收放时间检测；但由于陀螺仪最高采样速率为100Hz，无法实现中立位置摆杆震荡频率测量。第三种：激光光学角度测量法，通常又分为衍射光栅法和全反射测量法，测量系统由激光光源和图像传感器组成，图像传感器安装到旋转轴的延长线上，调整光源使得光源成像点落到图像传感器的中央，实现动态角度测量，该方法测量精度高，但图像处理复杂度高，设备成本高。

可见，现有摆杆的收放时间检测及中立位置震荡频率测量的装置及方法中，接近开关法能实现摆杆的收放时间检测，但是时间误差比较大。陀螺仪法能完成收放时间检测，但无法实现中立位置摆杆震荡频率测量。激光光学角度测量法能实现摆杆的收放时间检测，但图像处理复杂度高，设备成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种摆杆运动参数测量装置、方法及系统，以解决现有技术无法实现摆杆中立位置震荡频率的测量，以及现有摆杆收放时间检测装置及方法成本高、复杂度高且测量误差大的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种摆杆运动参数测量装置，所述摆杆运动参数测量装置设置在摆杆运动系统上，所述摆杆运动系统包括摆杆和摆杆主支柱，所述摆杆通过所述摆杆主支柱上的固定轴安装在所述摆杆主支柱上；所述摆杆能够绕所述固定轴在中立位置、终了位置和放下位置之间做旋转运动；所述测量装置包括：光敏阵列、光敏阵列辅助安装工件、激光光源、激光光源辅助安装工件以及信号处理系统；

所述光敏阵列通过所述光敏阵列辅助安装工件固定安装在所述摆杆主支柱的一侧；所述激光光源通过所述激光光源辅助安装工件固定安装在所述摆杆上；所述激光光源与所述光敏阵列正对，所述激光光源发射的激光照射到所述光敏阵列上；所述信号处理系统与所述光敏阵列连接；

所述摆杆位于初始位置时，所述激光光源发射的激光正好照射到所述中立位置；当所述摆杆绕所述固定轴旋转时，带动所述激光光源发射的激光照射到所述光敏阵列的不同位置；所述光敏阵列检测到光信号时，将所述光信号转换为电信号发送给所述信号处理系统；所述信号处理系统根据所述电信号确定所述摆杆的运动参数；所述运动参数包括摆杆收放时间和中立位置震荡频率；所述摆杆收放时间包括摆杆放下时间和摆杆回收时间。

可选的，所述光敏阵列包括PCB板和设置在所述PCB板上的多个光敏元件；多个所述光敏元件间隔设置在所述激光光源的照射路径上；各个所述光敏元件分别与所述信号处理系统连接。

可选的，所述PCB板上设有中立位置检测区域、终了位置检测区域和放下位置检测区域；所述中立位置检测区域、所述终了位置检测区域和所述放下位置检测区域不重合；所述中立位置检测区域内设置多个中立位置光敏元件；所述终了位置检测区域内设置多个终了位置光敏元件；所述放下位置检测区域内设置多个放下位置光敏元件。

可选的，多个所述中立位置光敏元件沿所述中立位置的延长线对称布置，多个所述中立位置光敏元件的布设角度覆盖范围为±10°，布设角度范围为20°；多个所述终了位置光敏元件沿所述终了位置的延长线对称布置，多个所述终了位置光敏元件的布设角度覆盖范围为±0.5°，布设角度范围为1°；多个所述放下位置光敏元件沿所述放下位置的延长线对称布置，多个所述放下位置光敏元件的布设角度覆盖范围为±0.5°，布设角度范围为1°。

可选的，所述信号处理系统包括CPLD信号编码电路、单片机、接口电路和电脑；所述CPLD信号编码电路与多个所述光敏元件分别连接，用于根据不同位置的所述电信号生成位置编码数据；所述单片机与所述CPLD信号编码电路连接，用于根据所述位置编码数据确定所述摆杆收放时间和中立位置震荡频率。

本发明还提供一种摆杆运动参数测量方法，所述测量方法应用于所述摆杆运动参数测量装置，所述测量方法包括：

获取所述摆杆的中立位置编码数据和当前位置编码数据；

根据所述中立位置编码数据和所述当前位置编码数据确定所述摆杆放下时间；

判断所述当前位置编码数据是否与放下位置编码数据一致，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据一致，经过摆杆的静止预设时间后，重新获取所述摆杆的当前位置编码数据；

根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆回收时间；

判断所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据是否一致，获得第二判断结果；

若所述第二判断结果为所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据一致，启动定时器T1开始计时，同时启动计数器记录所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据重合的次数；

根据所述定时器T1记录的时间以及所述计数器记录的次数确定所述中立位置震荡频率。

可选的，所述根据所述中立位置编码数据和所述当前位置编码数据确定所述摆杆放下时间，具体包括：

判断所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据是否不一致，获得第三判断结果；

若所述第三判断结果为所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据不一致，启动定时器T2开始计时；

根据所述当前位置编码数据和所述中立位置编码数据确定所述摆杆的当前运动角度；

判断所述当前运动角度是否大于放下位置角度阈值，获得第四判断结果；

若所述第四判断结果为所述当前运动角度大于所述放下位置角度阈值，触发所述定时器T2停止计时；

确定所述定时器T2记录的时间为所述摆杆放下时间。

可选的，所述根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆回收时间，具体包括：

判断所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据是否不一致，获得第五判断结果；

若所述第五判断结果为所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据不一致，启动定时器T3开始计时；

根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆的反向运动角度；

判断所述反向运动角度是否大于放下位置角度阈值，获得第六判断结果；

若所述第六判断结果为所述反向运动角度大于所述放下位置角度阈值，触发所述定时器T3停止计时；

确定所述定时器T3记录的时间为所述摆杆回收时间。

可选的，所述根据所述定时器T1记录的时间以及所述计数器记录的次数确定所述中立位置震荡频率，具体包括：

根据所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据确定当前运动弧长；

判断所述当前运动弧长是否小于弧长阈值，获得第七判断结果；

若所述第七判断结果为所述当前运动弧长小于所述弧长阈值，触发所述定时器T1停止计时，同时触发所述计数器停止计数；

获取所述定时器T1记录的时间为震荡时间t1；

获取所述计数器记录的次数为震荡次数N；

确定所述震荡次数与所述震荡时间的比值为所述中立位置震荡频率f＝N/t1。

本发明还提供一种摆杆运动参数测量系统，所述测量系统包括：

位置编码数据获取模块，用于获取所述摆杆的中立位置编码数据和当前位置编码数据；

摆杆放下时间确定模块，用于根据所述中立位置编码数据和所述当前位置编码数据确定所述摆杆放下时间；

第一判断模块，用于判断所述当前位置编码数据是否与放下位置编码数据一致，获得第一判断结果；

当前位置编码数据获取模块，用于当所述第一判断结果为所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据一致时，经过摆杆静止预设时间后，重新获取所述摆杆的当前位置编码数据；

摆杆回收时间确定模块，用于根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆回收时间；

第二判断模块，用于判断所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据是否一致，获得第二判断结果；

定时器及计数器启动模块，用于当所述第二判断结果为所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据一致时，启动定时器T1开始计时，同时启动计数器记录所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据重合的次数；

中立位置震荡频率确定模块，用于根据所述定时器T1记录的时间以及所述计数器记录的次数确定所述中立位置震荡频率。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种摆杆运动参数测量装置、方法及系统。本发明提供的摆杆运动参数测量装置结构简单、工作稳定性高，采用的光敏阵列、光敏阵列辅助安装工件、激光光源、激光光源辅助安装工件以及信号处理元件成本低廉，能够大幅度降低测量装置成本。采用本发明提供的摆杆运动参数测量装置、方法及系统能够快速实现摆杆收放时间和中立位置震荡频率的测量，并且能够提高摆杆收放时间和中立位置震荡频率的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的摆杆运动参数测量装置的结构示意图；

图2为本发明提供的光敏阵列的结构示意图；

图3为本发明提供的信号处理系统的结构示意图；

图4为本发明提供的摆杆运动参数测量方法的方法流程图；

图5为本发明提供的摆杆运动参数测量系统的系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种摆杆运动参数测量装置、方法及系统，以解决现有技术无法实现摆杆中立位置震荡频率的测量，以及现有摆杆收放时间检测装置及方法成本高、复杂度高且测量误差大的缺陷。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的摆杆运动参数测量装置的结构示意图。参见图1，本发明提供的一种摆杆运动参数测量装置设置在摆杆运动系统上，所述摆杆运动系统包括摆杆主支柱101和摆杆102。所述摆杆运动参数测量装置包括：光敏阵列103、光敏阵列辅助安装工件104、激光光源105、激光光源辅助安装工件106以及信号处理系统107(图中未显示)；还包括第一固定件108和第二固定件109。

所述摆杆102通过所述摆杆主支柱101上的固定轴110安装在所述摆杆主支柱101上。所述摆杆102通过连杆运动机构连接高能作动筒，通过高能作动筒的加压和卸压实现摆杆102的放下与回收。所述摆杆102在放下过程中，绕所述固定轴110从中立位置依次旋转至终了位置和放下位置。所述摆杆102在回收过程中，绕所述固定轴110从放下位置经过终了位置返回中立位置。

所述光敏阵列103通过所述光敏阵列辅助安装工件104固定安装在所述摆杆主支柱101的一侧。所述光敏阵列103与所述光敏阵列辅助安装工件104通过所述第一固定件108固定连接。所述第一固定件108优选为螺丝。

所述激光光源105通过所述激光光源辅助安装工件106固定安装在所述摆杆102上。所述激光光源105与所述激光光源辅助安装工件106通过所述第二固定件109固定连接。所述第二固定件109优选为螺丝。

所述激光光源105与所述光敏阵列103正对，所述激光光源105发射的激光能够照射到所述光敏阵列103上。所述信号处理系统107与所述光敏阵列103连接。

所述摆杆102位于初始位置时，所述激光光源105发射的激光正好照射到所述中立位置处。当所述摆杆102绕所述固定轴110旋转时，带动所述激光光源105也绕轴做旋转运动，旋转过程中，所述激光光源105发射的激光照射到所述光敏阵列103上的不同位置。所述光敏阵列103检测到所述激光光源105发出的光信号，将所述光信号转换为电信号发送给所述信号处理系统107。所述信号处理系统107根据所述电信号确定所述摆杆102的运动参数；所述运动参数包括摆杆收放时间和中立位置震荡频率；所述摆杆收放时间包括摆杆放下时间和摆杆回收时间。

所述摆杆运动参数测量装置的安装过程为：

将所述光敏阵列辅助安装工件104固定安装到摆杆主支柱101上，将光敏阵列103安装到光敏阵列辅助安装工件104上，适当调整光敏阵列103使得光敏阵列103覆盖摆杆102的运动范围，拧紧螺丝108固定所述光敏阵列103的位置。所述摆杆102的运动范围跨度通常约为70°。

将所述激光光源105安装到激光光源辅助安装工件106上，拧紧螺丝109固定激光光源105，将激光光源辅助安装工件106安装到摆杆102上，并调整激光光源辅助安装工件106的位置，使得所述激光光源105发射的线型光束落到上述光敏阵列103上。所述激光光源105为线型激光光源，所述激光光源105的光斑类型为一字线型。

所述光敏阵列103的预留区域上设置有一个安装位置指示灯，所述安装位置指示灯是一个LED灯。当调整激光光源辅助安装工件106时，激光光源105会随之移动，当激光光源105的光斑照射到光敏阵列103上的预留区域时，光敏阵列103上的安装位置指示灯会被点亮。所述安装位置指示灯用于帮助调整激光光源辅助安装工件106和光敏阵列103的相对初始位置。适当调整激光光源辅助安装工件106的位置，观察到光敏阵列103上的安装位置指示灯点亮，固定激光光源辅助安装工件106位置即可。

具体的，图2为本发明提供的光敏阵列的结构示意图。参见图2，本发明所述的光敏阵列103包括PCB板201和设置在所述PCB板上的多个光敏元件202。图2中形如202的点均表示光敏元件，所述光敏元件202贴装在印制电路板(PCB circuit boards，PCB板)201上。多个所述光敏元件202间隔设置在所述激光光源105旋转过程中的照射路径上，光敏元件1、2为同心扇形布局，其余光敏元件布局与光敏元件1、2相同。各个所述光敏元件202分别与所述信号处理系统107连接。

所述PCB板201上设有中立位置检测区域203、终了位置检测区域204和放下位置检测区域205。所述中立位置检测区域203、所述终了位置检测区域204和所述放下位置检测区域205不重合。所述中立位置检测区域203内设置多个中立位置光敏元件206。所述终了位置检测区域204内设置多个终了位置光敏元件207。所述放下位置检测区域205内设置多个放下位置光敏元件208。

其中，所述中立位置检测区域203内，光敏元件1、2、3布局间隔0.001745弧度(即旋转0.1°，光敏元件1和光敏元件2间隔0.1°，光敏元件2和光敏元件3间隔0.1°，光敏元件1和光敏元件3间隔0.2°)，其余终了位置检测区域204和放下位置检测区域205内光敏元件布局间隔同光敏元件1、2、3。所述中立位置检测区域203内，摆杆沿中立位置震荡角度范围为±5°，光敏元件布局覆盖范围±10°，即多个所述中立位置光敏元件206沿所述中立位置的延长线对称布置，多个所述中立位置光敏元件的布设角度为20°。摆杆“终了位置”和摆杆“放下位置”光敏元件布局间隔0.001745弧度，光敏元件布局覆盖范围±0.5°。即多个所述终了位置光敏元件207沿所述终了位置的延长线对称布置，多个所述终了位置光敏元件的布设角度为1°。多个所述放下位置光敏元件208沿所述放下位置的延长线对称布置，多个所述放下位置光敏元件的布设角度为1°。本发明采用的以上光敏元件的布局方式，能够保证角度测量精度分辨到0.1°，同时尽可能减少光敏元件数量，从而降低成本、提高系统响应速度。

其中摆杆“终了位置”与摆杆“中立位置”夹角为a₁度，摆杆“放下位置”与摆杆“中立位置”夹角为a₂度。

图3为本发明提供的信号处理系统的结构示意图。参见图3，本发明所述的信号处理系统107包括CPLD信号编码电路301、单片机302、接口电路303、电脑304以及电源305。所述CPLD信号编码电路301通过光敏检测电路与多个所述光敏元件分别连接，用于根据不同位置的所述电信号生成位置编码数据。所述单片机302与所述CPLD信号编码电路301连接，用于根据所述位置编码数据确定所述摆杆收放时间和中立位置震荡频率。

所述激光光源105随摆杆102旋转运动至不同位置，对应位置的光敏元件检测到所述激光光源105发出的激光信号。光信号经光敏检测电路识别转化为电平信号，该电信号由CPLD逻辑处理对摆杆102的位置信息进行编码，位置编码信号由单片机系统处理映射为旋转角度，同时处理得到摆杆中立位置(初始位置)、终了位置、放下位置三个位置运动时间数据，以及摆杆回收到中立位置的震荡频率数据。摆杆收放时间数据和震荡频率数据通过RS485接口电路303与电脑304通讯，将该数据发送到电脑端304进行后续处理和结果存储、显示。

本发明所述摆杆运动参数测量装置的工作过程为：

所述摆杆运动参数测量装置启动测量时，激光光源105照射到光敏阵列103上，光敏元件202检测到光信号，该光信号被CPLD信号编码电路301转化为当前位置编码数据，摆杆运动过程中的每一位置都唯一对应一个当前位置编码数据。摆杆102处于初始位置(即中立位置)时，检测到的当前位置编码数据即摆杆中立位置编码数据。摆杆中立位置编码数据被单片机302记录并存储。单片机302定时检测当前位置编码数据，并判断当前位置编码数据有无变化，一旦检测到当前位置编码数据变化，即检测到当前位置编码数据与所述中立位置编码数据不一致时，即认为摆杆102开始运动，便启动单片机302内部定时器T1、T2开始计时。所述光敏阵列103上光敏元件的布局为等间隔布局且相邻光敏元件之间的间隔弧长在布局时为已知量。所述激光光源105随摆杆102运动，每移动过一个光敏元202，单片机302便收到一个新的当前位置编码数据，根据该当前位置编码数据可计算出摆杆102移动的弧长，根据弧长可计算出摆杆102相对中立位置运动的当前运动角度。单片机302定时判断该当前运动角度，当所述当前运动角度超过终了位置角度阈值a₁度时，即认为摆杆102运动到达终了位置，触发停止单片机内部定时器T1停止计时，当所述当前运动角度超过放下位置角度阈值a₂度时，即认为摆杆102运动到达放下位置，触发停止单片机内部定时器T2停止计时。T1记录的时间即为摆杆102由中立位置运动到终了位置的时间，T2记录的时间即为摆杆102由中立位置运动到放下位置的时间，即摆杆放下时间。

待摆杆102运动到放下位置后，摆杆102在放下位置要保持5s(秒)的静止预设时间。摆杆102在放下位置处静止预设时间5s后，单片机重新记录并存储放下位置对应的放下位置编码数据，并采用与“摆杆放下时间”测量同样的方法测量摆杆回收时间。

摆杆102在回收时，单片机定时判断摆杆当前位置编码数据，当摆杆当前运动位置编码数据第一次和中立位置编码数据相等，即表明摆杆102回到中立位置，单片机再次启动内部定时器T1开始计时，由于惯性摆杆102不会立即停止在中立位置，而是在中立位置附近往复运动，单片机实时计数摆杆当前位置编码数据和摆杆中立位置编码数据重复的次数，同时单片机定时判断摆杆相对中立位置移动的当前运动弧长，当所述当前运动弧长小于特定弧长阈值L₁时，即认为摆杆102在中立位置静止，触发停止内部定时器T1计时，根据此时记录的摆杆当前位置编码数据和摆杆中立位置编码数据重合的次数(即震荡次数N)和T1记录的时间(即震荡时间t1)，即可计算出摆杆在中立位置的震荡频率f＝N/t1。所述中立位置震荡频率为所述震荡次数与所述震荡时间的比值。

可见，本发明提供的摆杆运动参数测量装置，只需在摆杆主支柱101上加装光敏阵列103及信号处理系统107，在摆杆102上加装一个激光光源105，即可实现摆杆收放时间和中立位置震荡频率的检测，装置简单、稳定性高。安装调试过程只需适当调整激光光源辅助安装工件106的位置，观察到光敏阵列103上的安装位置指示灯点亮，固定激光光源辅助安装工件106位置即可，安装调试过程简单，方便使用。并且，所述光敏阵列103上的光敏元件在测量范围内非均匀布局，针对测量指标仅在摆杆中立位置、终了位置和放下位置附近的特点，仅在所述中立位置检测区域203、所述终了位置检测区域204和所述放下位置检测区域205内设置不同数量的光敏元件，从而减少光敏阵列布局数量，降低装置成本，同时提高装置响应速度。实验表明，本发明提供的所述测量装置理论最高采样速率可达50KHz，测量响应速度极快。此外，光敏元件1、2、3布局间隔0.001745弧度(即旋转0.1°)，这种布局方式保证角度测量精度分辨到0.1°，提高了装置测量精度。同时还能实现摆杆中立位置震荡频率的测量，解决了现有设备不能较好实现摆杆102运动范围跨度约70°的大范围摆杆震荡频率测量的技术问题。

此外，本发明摆杆运动参数测量装置所采用的光敏元件、激光光源、光敏检测电路、CPLD、单片机等元件均是已经大批量生产的常见元件，价格稳定，相较激光光学角度测量法采用的图像传感器等元件来说，有效降低了系统成本。

本发明还提供一种摆杆运动参数测量方法，所述测量方法应用于所述摆杆运动参数测量装置。图4为本发明提供的摆杆运动参数测量方法的方法流程图，参见图4，所述测量方法包括：

步骤401：获取所述摆杆的中立位置编码数据和当前位置编码数据。

步骤402：根据所述中立位置编码数据和所述当前位置编码数据确定所述摆杆放下时间。具体包括：

判断所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据是否不一致，获得第三判断结果；

若所述第三判断结果为所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据不一致，启动定时器T2开始计时；

根据所述当前位置编码数据和所述中立位置编码数据确定所述摆杆的当前运动角度。所述摆杆的当前运动角度为摆杆运动到的当前位置相对中立位置的角度。

判断所述当前运动角度是否大于放下位置角度阈值(a₂)，获得第四判断结果；

若所述第四判断结果为所述当前运动角度大于所述放下位置角度阈值，触发所述定时器T2停止计时；

确定所述定时器T2记录的时间为所述摆杆放下时间。

步骤403：判断所述当前位置编码数据是否与放下位置编码数据一致，获得第一判断结果。

步骤404：若所述第一判断结果为所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据一致，经过摆杆静止预设时间后，重新获取所述摆杆的当前位置编码数据。

步骤405：根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆回收时间。具体包括：

判断所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据是否不一致，获得第五判断结果；

若所述第五判断结果为所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据不一致，启动定时器T3开始计时；

根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆的反向运动角度；所述反向运动角度为摆杆当前位置与放下位置之间的夹角。

判断所述反向运动角度是否大于放下位置角度阈值(a₂)，获得第六判断结果；

若所述第六判断结果为所述反向运动角度大于所述放下位置角度阈值，触发所述定时器T3停止计时；

确定所述定时器T3记录的时间为所述摆杆回收时间。

步骤406：判断所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据是否一致，获得第二判断结果。

步骤407：若所述第二判断结果为所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据一致，启动定时器T1开始计时，同时启动计数器记录所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据重合的次数。

步骤408：根据所述定时器T1记录的时间以及所述计数器记录的次数确定所述中立位置震荡频率。具体包括：

根据所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据确定当前运动弧长；

判断所述当前运动弧长是否小于弧长阈值(L₁)，获得第七判断结果；

若所述第七判断结果为所述当前运动弧长小于所述弧长阈值，触发所述定时器T1停止计时，同时触发所述计数器停止计数；

获取所述定时器T1记录的时间为震荡时间t1；

获取所述计数器记录的次数为震荡次数N；

确定所述震荡次数与所述震荡时间的比值为所述中立位置震荡频率，即f＝N/t1。

可见，本发明提供的额摆杆运动参数测量方法，能够实现摆杆中立位置震荡频率以及摆杆收放时间快速、准确的测量，解决了现有摆杆收放时间检测方法成本高、复杂度高且测量误差大的缺陷。

本发明还提供一种摆杆运动参数测量系统。图5为本发明提供的摆杆运动参数测量系统的系统结构图，参见图5，所述测量系统包括：

位置编码数据获取模块501，用于获取所述摆杆的中立位置编码数据和当前位置编码数据；

摆杆放下时间确定模块502，用于根据所述中立位置编码数据和所述当前位置编码数据确定所述摆杆放下时间；

第一判断模块503，用于判断所述当前位置编码数据是否与放下位置编码数据一致，获得第一判断结果；

当前位置编码数据获取模块504，用于当所述第一判断结果为所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据一致时，经过摆杆静止预设时间后，重新获取所述摆杆的当前位置编码数据；

摆杆回收时间确定模块505，用于根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆回收时间；

第二判断模块506，用于判断所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据是否一致，获得第二判断结果；

定时器及计数器启动模块507，用于当所述第二判断结果为所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据一致时，启动定时器T1开始计时，同时启动计数器记录所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据重合的次数；

中立位置震荡频率确定模块508，用于根据所述定时器T1记录的时间以及所述计数器记录的次数确定所述中立位置震荡频率。

其中，所述摆杆放下时间确定模块502具体包括：

判断所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据是否不一致，获得第三判断结果；

若所述第三判断结果为所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据不一致，启动定时器T2开始计时；

根据所述当前位置编码数据和所述中立位置编码数据确定所述摆杆的当前运动角度；

判断所述当前运动角度是否大于放下位置角度阈值，获得第四判断结果；

若所述第四判断结果为所述当前运动角度大于所述放下位置角度阈值，触发所述定时器T2停止计时；

确定所述定时器T2记录的时间为所述摆杆放下时间。

所述摆杆回收时间确定模块505具体包括：

判断所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据是否不一致，获得第五判断结果；

若所述第五判断结果为所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据不一致，启动定时器T3开始计时；

根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆的反向运动角度；

判断所述反向运动角度是否大于放下位置角度阈值，获得第六判断结果；

若所述第六判断结果为所述反向运动角度大于所述放下位置角度阈值，触发所述定时器T3停止计时；

确定所述定时器T3记录的时间为所述摆杆回收时间。

所述中立位置震荡频率确定模块508具体包括：

根据所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据确定当前运动弧长；

判断所述当前运动弧长是否小于弧长阈值，获得第七判断结果；

若所述第七判断结果为所述当前运动弧长小于所述弧长阈值，触发所述定时器T1停止计时，同时触发所述计数器停止计数；

获取所述定时器T1记录的时间为震荡时间；

获取所述计数器记录的次数为震荡次数；

确定所述震荡次数与所述震荡时间的比值为所述中立位置震荡频率。

可见，本发明提出的摆杆运动参数测量装置、方法及系统，解决了现有摆杆收放时间检测及摆杆中立位置震荡频率测量的技术难题(不允许在摆杆起落架内部加装其他测量装置，只能外部测量)。本发明提供的摆杆运动参数测量装置、方法及系统以线型激光作为光源，外置光敏元件，将激光光源附加安装在摆杆上，激光光源和摆杆随动，外置光敏元件接收激光光源的线型光信号，识别激光光源的位移变化，该变化量与摆杆旋转角度相关，该变化量经信号处理系统处理，实现摆杆的收放时间检测及摆杆中立位置震荡频率测量，试验表明，采用本发明提供的摆杆运动参数测量装置、方法及系统，测量动态角度可达到0.1°，最高采样速率50KHz，大大提高了参数测量精度及装置响应速度。很好地解决了现有摆杆收放时间检测装置及方法成本高、复杂度高且测量误差大的缺陷。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种摆杆运动参数测量装置，所述摆杆运动参数测量装置设置在摆杆运动系统上，所述摆杆运动系统包括摆杆和摆杆主支柱，所述摆杆通过所述摆杆主支柱上的固定轴安装在所述摆杆主支柱上；所述摆杆能够绕所述固定轴在中立位置、终了位置和放下位置之间做旋转运动；其特征在于，所述测量装置包括：光敏阵列、光敏阵列辅助安装工件、激光光源、激光光源辅助安装工件以及信号处理系统；

所述光敏阵列通过所述光敏阵列辅助安装工件固定安装在所述摆杆主支柱的一侧；所述激光光源通过所述激光光源辅助安装工件固定安装在所述摆杆上；所述激光光源与所述光敏阵列正对，所述激光光源发射的激光照射到所述光敏阵列上；所述信号处理系统与所述光敏阵列连接；

所述摆杆位于初始位置时，所述激光光源发射的激光正好照射到所述中立位置；当所述摆杆绕所述固定轴旋转时，带动所述激光光源发射的激光照射到所述光敏阵列的不同位置；所述光敏阵列检测到光信号时，将所述光信号转换为电信号发送给所述信号处理系统；所述信号处理系统根据所述电信号确定所述摆杆的运动参数；所述运动参数包括摆杆收放时间和中立位置震荡频率；所述摆杆收放时间包括摆杆放下时间和摆杆回收时间。

2.根据权利要求1所述的摆杆运动参数测量装置，其特征在于，所述光敏阵列包括PCB板和设置在所述PCB板上的多个光敏元件；多个所述光敏元件间隔设置在所述激光光源的照射路径上；各个所述光敏元件分别与所述信号处理系统连接。

3.根据权利要求2所述的摆杆运动参数测量装置，其特征在于，所述PCB板上设有中立位置检测区域、终了位置检测区域和放下位置检测区域；所述中立位置检测区域、所述终了位置检测区域和所述放下位置检测区域不重合；所述中立位置检测区域内设置多个中立位置光敏元件；所述终了位置检测区域内设置多个终了位置光敏元件；所述放下位置检测区域内设置多个放下位置光敏元件。

4.根据权利要求3所述的摆杆运动参数测量装置，其特征在于，多个所述中立位置光敏元件沿所述中立位置的延长线对称布置，多个所述中立位置光敏元件的布设角度覆盖范围为±10°，布设角度范围为20°；多个所述终了位置光敏元件沿所述终了位置的延长线对称布置，多个所述终了位置光敏元件的布设角度覆盖范围为±0.5°，布设角度范围为1°；多个所述放下位置光敏元件沿所述放下位置的延长线对称布置，多个所述放下位置光敏元件的布设角度覆盖范围为±0.5°，布设角度范围为1°。

5.根据权利要求2所述的摆杆运动参数测量装置，其特征在于，所述信号处理系统包括CPLD信号编码电路、单片机、接口电路和电脑；所述CPLD信号编码电路与多个所述光敏元件分别连接，用于根据不同位置的所述电信号生成位置编码数据；所述单片机与所述CPLD信号编码电路连接，用于根据所述位置编码数据确定所述摆杆收放时间和中立位置震荡频率。

6.一种摆杆运动参数测量方法，其特征在于，所述测量方法应用于权利要求1-5任一项所述的摆杆运动参数测量装置，所述测量方法包括：

获取所述摆杆的中立位置编码数据和当前位置编码数据；

根据所述中立位置编码数据和所述当前位置编码数据确定所述摆杆放下时间；

判断所述当前位置编码数据是否与放下位置编码数据一致，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据一致，经过摆杆静止预设时间后，重新获取所述摆杆的当前位置编码数据；

根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆回收时间；

判断所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据是否一致，获得第二判断结果；

若所述第二判断结果为所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据一致，启动定时器T1开始计时，同时启动计数器记录所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据重合的次数；

根据所述定时器T1记录的时间以及所述计数器记录的次数确定所述中立位置震荡频率。

7.根据权利要求6所述的摆杆运动参数测量方法，其特征在于，所述根据所述中立位置编码数据和所述当前位置编码数据确定所述摆杆放下时间，具体包括：

判断所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据是否不一致，获得第三判断结果；

若所述第三判断结果为所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据不一致，启动定时器T2开始计时；

根据所述当前位置编码数据和所述中立位置编码数据确定所述摆杆的当前运动角度；

判断所述当前运动角度是否大于放下位置角度阈值，获得第四判断结果；

若所述第四判断结果为所述当前运动角度大于所述放下位置角度阈值，触发所述定时器T2停止计时；

确定所述定时器T2记录的时间为所述摆杆放下时间。

8.根据权利要求6所述的摆杆运动参数测量方法，其特征在于，所述根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆回收时间，具体包括：

判断所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据是否不一致，获得第五判断结果；

若所述第五判断结果为所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据不一致，启动定时器T3开始计时；

根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆的反向运动角度；

判断所述反向运动角度是否大于放下位置角度阈值，获得第六判断结果；

若所述第六判断结果为所述反向运动角度大于所述放下位置角度阈值，触发所述定时器T3停止计时；

确定所述定时器T3记录的时间为所述摆杆回收时间。

9.根据权利要求6所述的摆杆运动参数测量方法，其特征在于，所述根据所述定时器T1记录的时间以及所述计数器记录的次数确定所述中立位置震荡频率，具体包括：

根据所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据确定当前运动弧长；

判断所述当前运动弧长是否小于弧长阈值，获得第七判断结果；

若所述第七判断结果为所述当前运动弧长小于所述弧长阈值，触发所述定时器T1停止计时，同时触发所述计数器停止计数；

获取所述定时器T1记录的时间为震荡时间t1；

获取所述计数器记录的次数为震荡次数N；

确定所述震荡次数与所述震荡时间的比值为所述中立位置震荡频率f＝N/t1。

10.一种摆杆运动参数测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：

位置编码数据获取模块，用于获取所述摆杆的中立位置编码数据和当前位置编码数据；

摆杆放下时间确定模块，用于根据所述中立位置编码数据和所述当前位置编码数据确定所述摆杆放下时间；

第一判断模块，用于判断所述当前位置编码数据是否与放下位置编码数据一致，获得第一判断结果；

当前位置编码数据获取模块，用于当所述第一判断结果为所述当前位置编码数据与所述放下位置编码数据一致时，经过摆杆静止预设时间后，重新获取所述摆杆的当前位置编码数据；

摆杆回收时间确定模块，用于根据所述当前位置编码数据和所述放下位置编码数据确定所述摆杆回收时间；

第二判断模块，用于判断所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据是否一致，获得第二判断结果；

定时器及计数器启动模块，用于当所述第二判断结果为所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据一致时，启动定时器T1开始计时，同时启动计数器记录所述当前位置编码数据与所述中立位置编码数据重合的次数；

中立位置震荡频率确定模块，用于根据所述定时器T1记录的时间以及所述计数器记录的次数确定所述中立位置震荡频率。