CN109059759A - 滑轨钢缆摆度测量器装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种滑轨钢缆摆度测量装置，包括：处理单元和分别对应设置在测量架的发射装置与接收装置；所述发生装置的发射端和接收装置的接收端分别对应设有发射光阑和接收光阑；所述发射装置和接收装置之间形成光束检测区；所述接收装置对接收得到的待测滑轨钢缆在测量区域进行检测时的光束进行处理，获得光电信号；所述处理单元基于所述光电信号，计算滑轨钢缆的摆动幅度。本申请提供的滑轨钢缆摆度测量器装置，由于是采用的发射装置和接收装置，因此在横向方向上可以进行水平移动，以满足双根或者多根钢缆各个不同的摆动幅度情况，可以根据用户的需求进行尺寸调整。

Description

滑轨钢缆摆度测量器装置

技术领域

本申请涉及光电定位自动测量技术领域，特别涉及一种滑轨钢缆摆度测量器装置。

背景技术

在滑轨试验过程中，需要设计滑车和滑轨钢缆模拟飞行和提供飞行的速度和轨迹。在试验时，滑车在钢缆上高速滑行，同时各项仪器收集运行过程中的各项数据，但是由于钢缆的剧烈振动或摆动，容易影响收集的各项数据的准确性，影响研究人员对于设计的判断；同时，如果钢缆摆动的幅度过大，就会容易造成滑车的变形，钢缆产生断裂情况，降低试验现场的安全性；摆动也会导致其他的不可控风险的发生，降低滑车上试验设备的寿命。

传统实现滑轨钢缆摆度测量的是高速摄像仪器，火箭在高速滑行过程中需要高速摄像设备不停地对同一个地方的钢缆连续不断的进行拍摄，数据传输到电脑端之后经过放大、过滤等一系列的图像处理，来分析计算钢缆的摆度。这种技术在应用的时候目前存在以下缺点：

1、当滑车经过测量位置的时候，由于发动机尾部能产生大量的热量，对于高速摄像会产生强烈的干扰，不能很好的判断这一时刻，也就是在此位置重力达到最大时刻的最大摆动幅度。

2、图像在很短的时间内产生大量的图片，现场需要高速传输总线传输到处理图像的电脑上，此时电脑在接收到图片之后需要先保存下来，然后再试验完成后统一进行处理，不具有实时测量显示的功能，事后处理会浪费时间。

3、在钢缆非常粗的情况下，当发生轻微的摆动，高速摄像并不能很好的捕获，因此误差较大，精度较低。

4、当需要同时测量多条钢缆的情况下，就需要多个仪器同时测量，不仅需要的经费较大，而且对试验场地要求较高，因为如果要测量多条钢缆同一长度位置处的摆动时就需要多个仪器位于同一条线上。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本申请实施例提供一种滑轨钢缆摆度测量器装置。

本实施例提供的一种滑轨钢缆摆度测量装置，包括：处理单元和分别对应设置在测量架的发射装置与接收装置；

所述发生装置的发射端和接收装置的接收端分别对应设有发射光阑6和接收光阑8；所述发射装置和接收装置之间形成光束检测区10；

所述接收装置对接收得到的待测滑轨钢缆在测量区域进行检测时的光束进行处理，获得光电信号；所述处理单元基于所述光电信号，计算滑轨钢缆7的摆动幅度。

优选地，所述测量架包括：第一固定支架1和设置在固定支架下端的车轮11；

所述发生装置和接收装置上下对应的固定在所述固定支架上。

优选地，所述测量架上设有用于调节发射装置的发射调节结构4，和/或，所述测量架上设有用于调节接收装置的接收调节结构2。

优选地，所述发射调节结构4上设有用于调节发射装置的旋转调节器和用于调节光阑的高度调节器；和/或，

所述接收调节结构2上设有用于调节接收装置的旋转调节器和用于调节光阑的高度调节器。

优选地，所述固定支架为空心圆柱形；

所述固定支架内设有用于为发射装置提供电源的线路12和用于将接收装置采集的光束信号传输给处理单元的线路12。

优选地，所述测量架上设有第二固定支架3，所述第二固定支架3与第一固定支架1的底部铰接。

优选地，所述发射装置包括一排线性排列的LED发光二极管5；

LED发光二极管5中各LED发光二极管5并联连接，并与限流电阻并联连接，各LED发光二极管5下面对应发射光阑6。

优选地，所述接收装置包括多个光敏二极管9；每个光敏二极管9分别与所述处理单元电连接；和/或，

所述光敏二极管9与所述处理单元的连接线上设有上拉电阻和耦合电容。

优选地，所处理单元包括：

信号放大电路，用于对所述光电信号进行放大处理，获得放大信号；

比较电路，对所述放大信号进行判断，若信号的变化强度低于预设值，则舍弃该信号的传输，若信号的变化强度大于或等于预设值，则输出该光电信号；

微处理器，基于满足预设值要求的光电信号，计算滑轨钢缆7的摆动幅度。

优选地，所述处理单元还包括：

抗干扰电路，对放大后的信号进行抗干扰处理，初步滤掉干扰信号；

滤波电路，对比较电路输出的信号进行二次滤波，输出用于微处理器计算的去噪的光电信号；

供电电路，用于为发射装置、接收装置和微处理器供电；

线路12，用于处理单元与接收装置和外部显示设备进行通信。

优选地，所述发射光阑6和接收光阑8的相邻两个孔径之间的间隔0.5mm至2mm。

有益效果如下：

滑轨钢缆摆度测量器装置由于是采用的发射装置和接收装置，因此在横向方向上可以进行水平移动，以满足双根或者多根钢缆各个不同的摆动幅度情况，可以根据用户的需求进行尺寸调整。

附图说明

下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：

图1为本申请实施例中的所述滑轨钢缆摆度测量器装置的结构示意图。

图2为本申请实施例中的所述发射装置的结构示意图。

图3为本申请实施例中的所述接收装置的结构示意图。

图4为本申请实施例中的所述处理单元的示意图。

附图标号

1、第一固定支架，2、接收调节结构，3、第二固定支架，4、发射调节结构，5、发光二极管，6、发射光阑，7、钢缆，8、接收光阑，9、光敏二极管，10、光束检测区，11、车轮，12、线路。

具体实施方式

为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

传统实现滑轨钢缆摆度测量的是高速摄像仪器，火箭在高速滑行过程中需要高速摄像设备不停地对同一个地方的钢缆连续不断的进行拍摄，数据传输到电脑端之后经过放大、过滤等一系列的图像处理，来分析计算钢缆的摆度。

本申请实施例提供了一种滑轨钢缆摆度测量器装置，由于是采用的发射装置和接收装置，因此在横向方向上可以进行水平移动，以满足双根或者多根钢缆7各个不同的摆动幅度情况，可以根据用户的需求进行尺寸调整。

本实施例提供的一种滑轨钢缆摆度测量装置，包括：处理单元和分别对应设置在测量架的发射装置与接收装置；所述发生装置的发射端和接收装置的接收端分别对应设有发射光阑6和接收光阑8；所述发射装置和接收装置之间形成光束检测区10；所述接收装置对接收得到的待测滑轨钢缆7在测量区域进行检测时的光束进行处理，获得光电信号；所述处理单元所述光电信号，计算滑轨钢缆7的摆动幅度。其中，所述发射光阑6和接收光阑8的相邻两个孔径之间的间隔0.5mm至2mm。

本实施例中，所述测量架包括：第一固定支架1和设置在固定支架下端的车轮11；所述发生装置和接收装置上下对应的固定在所述固定支架上。所述测量架上设有用于调节发射装置的发射调节结构4，和/或，所述测量架上设有用于调节接收装置的接收调节结构2。所述发射调节结构4和接收调节结构2上均设有用于调节发射装置或接收装置的旋转调节器和用于调节光阑的高度调节器。

本实施例中，所述固定支架为空心圆柱形；所述固定支架内设有用于为发射装置提供电源的电源线路12和用于将接收装置采集的光束信号传输给处理单元的传输线路12。

本实施例中，所述测量架上设有第二固定支架3，所述第二固定支架3与第一固定支架1的底部铰接。

本实施例中，所述发射装置包括一排线性排列的独立LED发光二极管5阵列；LED发光二极管5阵列中各LED发光二极管5并联连接，并与限流电阻并联连接，各LED发光二极管5下面对应发射光阑6。所述接收装置包括多个光敏二极管9；每个光敏二极管9分别与所述处理单元电连接；和/或，所述光敏二极管9与所述处理单元的连接线上设有上拉电阻和耦合电容。

本实施例中，所处理单元包括：信号放大电路，用于对所述光电信号进行放大处理，获得放大信号；比较电路，对所述放大信号进行判断，若信号的变化强度低于预设值，则舍弃该信号的传输，若信号的变化强度大于或等于预设值，则输出该光电信号；微处理器，基于满足预设值要求的光电信号，计算滑轨钢缆7的摆动幅度。所述处理单元还包括：抗干扰电路，对放大后的信号进行抗干扰处理，初步滤掉干扰信号；滤波电路，对比较电路输出的信号进行二次滤波，输出用于微处理器计算的去噪的光电信号；供电电路，用于为发射装置、接收装置和微处理器供电；传输线路12，用于处理单元与接收装置和外部显示设备进行通信。

上述滑轨钢缆7摆度测量器装置由于是采用的发射装置和接收装置，因此在横向方向上可以进行水平移动，以满足双根或者多根钢缆7各个不同的摆动幅度情况，可以根据用户的需求进行尺寸调整。

下面再次对本实施例提供的滑轨钢缆摆度测量器装置的一种实现方案进行详细描述。

该实现方案中滑轨钢缆摆度测量器装置：包括测量架、发射装置和接收装置；发射装置的发射端设有孔径光阑，接收装置的接收端设有孔径光阑，两个孔径光阑分别用于控制发射装置发出的光束的强弱和接收装置接收光束的强弱，方便接收装置调整接收到最强的光束，根据光束的强弱变化，接收装置利用与处理单元连接的线路12将光的强弱转变为电信号的强弱变化的光电信号，传输到处理单元中进行处理，测量装置中的处理单元进行信号捕获和信号处理，依次来计算滑轨钢缆7的摆动幅度。

测量架包括接收调节结构2、发射调节结构4、第一固定支架1、第二固定支架3以及车轮11；发射调节结构4和接收调节结构2是相同的，各调节结构均包括粗调和微调两种方式，主要作用是为了在需要同时测量多根钢缆7的时候，而多根钢缆7之间的间距又比较宽，使得开始调整的装置长度不够，因此可以旋转调节结构的粗调使得长度增加或缩小，而微调的作用的是调整上下光阑，主要是目的是为了让上下光阑的孔径对齐，这样光强达到最大，使得接收装置能够容易获得最大光强，光强变化也更容易使电信号发生变化。中间的第一固定支架1是空心圆柱形，一方面起到支撑和稳定作用，另一方面第一固定支架1里面布置有线路12，该线路12分别与发射装置中的阵列光源和接收装置连接，与发射装置连接的线路12用于提供电源，与接收装置连接的线路12用于与处理单元传输信号的变化情况。第一固定支架1的下端铰接有第二固定支架3，第二固定支架3用于固定整个测量装置，在需要固定的时候伸展开，支撑到地面上，稳定整个测量仪器，减少系统误差；在不需要稳定的时候可拉起到上面板上。车轮11方便整个物体的移动，可以移动到需要测量钢缆7摆度的地方。

发射装置包括一排线性排列的独立LED发光二极管5阵列，各发光二极管5并联连接，保证电压相同进而产生光强相同，并与限流电阻串联连接，各发光二极管5下面分别对应发射光阑6，使得每个孔径上发射出来的都是二极管产生最强光，避免出现光阑部分是强光，部分是弱光，造成接收有偏差，给后面处理单元的处理造成影响。

接收装置包括多个由红外光敏二极管9组成的线性接收器，线性接收器中的各个光敏二极管9各自独立连接一条输出信号线到处理单元上，并且电连接上拉电阻和耦合电容，各上拉电阻与电源供电连线串联，各耦合电容与电源供电连线并联。

处理单元包括线路12，信号放大电路，抗干扰电路，电源供电电路和传输电路，其中线路12主要给发射和接收装置提供电能以及传输接收装置电信号的变化情况，接收装置末端的上拉电阻分别和经线路12与信号放大电路进行连接，信号放大电路与抗干扰输入电路串联连接，抗干扰电路和比较电路串联连接，信号放大电路作用是将前端微弱的电信号进行放大，抗干扰电路与比较电路来对信号进行判断是杂波信号还是正常的光电信号，并将此信号传送给微处理器进行处理，微处理器对输送过来的信号进行甄别和计算，由于每个光敏二极管9分别电连接一根信号线到处理单元上，因此，在某一个光敏二极管9发生变化时可以在处理单元上准确对应是哪一个二极管发生的变化，并记录出来上传到PC上位机进行处理，上位机软件根据处理单元传输过来的信息可以得知钢缆7某一边缘切割某一二极管发出光线的位置，并记录下开始位置，随着各光敏二极管9信号强弱的不同变化，可以实时得出钢缆7摆动幅度。电源电路给处理单元和发射和接收装置供电，传输电路电连接处理单元和远端数据显示PC。

发射光阑6和接收光阑8的相邻两个孔径之间的间隔为0.5mm、1mm或2mm形成密集光线，间隔设置小，可以保证测量的精度，此距离满足试验场对于钢缆7摆度幅度测量的精度要求，小于1mm以内摆度不影响对试验数据的影响。

发射装置中的发光二极管5数量和接收装置中的光敏二极管9数量要相同，保证一一对应。

该滑轨钢缆摆度测量器装置克服了上述现有技术应对特殊情况下的不足，提供了一种能够全天候测量的摆度测量装置，其结构简单、设计新颖，采用非侵入式测量方法，准确可靠测量，满足目前试验场中对于实时性、精确性的要求，能解决现有传统方法所带来的缺点和不足。

具体的，本申请的滑轨钢缆7摆度测量器装置具有以下优点：

1、结构简单，造价较低，在满足科研需要的同时节省了试验费用。

2、移动方便，可移动到钢缆7的任意位置进行测量。

3、测量精度高，能够测量摆度最小在1mm的幅度位移，解决了传统高速摄像测量误差较大的缺点。

4、实时性高，处理单元与PC直接相连，任意信号的变化直接在软件中显示出来，包括位移，时间等，同时还可以在上位机上模拟还原轨迹的实时更新。

5、数据易保存，实时将数据保存到上位机上，方便以后重新计算分析，可分析滑车质量分配比，火箭发动机的推力的均匀性等。

本实施例提供的滑轨钢缆摆度测量器装置的一种实现结构。如图1所示，滑轨钢缆摆度测量器装置包括测量架、发射装置和接收装置，发射装置和接收装置在同一个平面上，并且在两个装置上分别安装有孔径光阑，各个孔径之间的间隔的距离设置的是1mm，这样发射装置产生光线就是一条条平行的光线，由于钢缆7的直径大于1mm达到50mm，因此，将钢缆7放置在光束检测区10内时，是阻挡了多条光线的穿过，位于钢缆7下面的光敏二极管9就接收不到最大光照，在进行试验时，首先对每一个二极管从左到右依次从1开始编号，每一个二极管电连接一条线路12到处理单元部分，这样每个二极管接收光照强度变化情况就能够对应的传进信号处理部分；假如在开始前，钢缆7最左边静止不动时的位置正好遮挡住第50号光敏二极管9，那么反映到处理单元上面就是第50号出的信号有变化，此时上位机记住此处的位置，然后在进行试验的过程中，钢缆7由于外力的分布不均开始产生摆动，并且试验的钢缆7长度非常长，相应的产生摆角α就较小，如图1所示的向右移动产生的α角度，根据理论，此时可以近似认为产生的圆弧长度等于水平线上的距离，在此钢缆7摆动过程中，钢缆7边缘左侧一直在切割不同的光线，也就是说一直有不同的光敏二极管9产生不同脉冲信号，并传送给处理单元部分，根据不同位置对应的信号，就可以实时计算出距离刚开始标记处的距离。即，假如刚开始静止时钢缆7左侧正好阻挡50号位置处的光敏二极管9，使之不能接受最强光照，在接下来某一时刻钢缆7左侧阻挡住了第55号位置处的光敏二极管9，我们就可以算出此刻钢缆7的摆动了5个光阑的间隔距离，也就是摆动幅度是5mm。在此过程中，上位机还可以实时保存并显示每一个被遮挡的光敏二极管9所对应的时间。

参见图2，本申请的发射装置包括多个独立的LED发光二极管5，各二极管之间是并联连接，一端连接地，一端与限流电阻串联并接到电源线上。发射装置预设200个直径为5mm的发光二极管5并排排列，波长850mm，呈线性阵列，电源采用直流24V，供电电流为450mA，形成的线光源有效长度为1000mm。后面如果长度不够，可以在后面再续接一定长度的二极管。由于发光二极管5属于均匀漫射体，在其发光立体角范围内，在各个方向上的光照强度都是相等的，为了满足视场光源的需要，需要在下面设置一层光阑，形成预定的平行光线视场，同时调整图1所示的调节结构，使各孔径发射均匀最强的光照。

参见图3，接收装置包括多个独立的红外光敏二极管9，各二极管一端与地相连接，另一端分别引出一段线，连接到信号处理部分，这样各红外光明二极管哪一个受光照有影响，都会单独传输一个脉冲到达信号处理部分，这样处理单元能够判断出具体的钢缆7位置。同样接收装置预设200个直径为5mm的红外光敏二极管9，这样有效长度为1m，与发射装置的宽度相同，发射装置发出的光线经两个光阑进入接收器件，接收装置一直处于一种状态，除非有物体阻挡住某一条光线的光照，光敏二极管9在接收到光照后将此信号转变为微弱电信号的变化，经线路12传递到信号处理部分，信号处理部分对其及逆行放大、滤波、整形、抗干扰等处理，经微处理器记录时间和对应的位置信息并上传到上位机上。

参见图4，当钢缆7切割某一条光线的时候，相应的光敏二极管9就会产生微弱的电信号变化，信号处理部分对接收到信号进行信号放大，抗干扰，滤波操作，并与比较电路进行比较，如果信号的变化强度低于某一预定值，这样就认为可能是外界的某些干扰造成的，不进行处理，如果大于某一个预设值，此信号就会传递到处理单元(图中为微处理器)上，这样的方法会提高系统的工作可靠性。由于每一个二极管对应一个传输线路12，这样微处理器就能知道是何位置处的光敏二极管9的光线被遮挡，记录此刻的位置和时间等信息，并上传到上位机上进行显示。

有益效果：由于是采用的发射装置和接收装置，因此在横向方向上可以进行水平移动，以满足双根或者多根钢缆7各个不同的摆动幅度情况，可以根据用户的需求进行尺寸调整。

上述各实施例仅用于说明本申请，其中各部件的型号、连接方式等均可有所变化，凡是在本申请技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本申请的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种滑轨钢缆摆度测量装置，其特征在于，包括：处理单元和分别对应设置在测量架的发射装置与接收装置；

所述发生装置的发射端和接收装置的接收端分别对应设有发射光阑(6)和接收光阑(8)；所述发射装置和接收装置之间形成光束检测区(10)；

所述接收装置对接收得到的待测滑轨钢缆(7)在测量区域进行检测时的光束进行处理，获得光电信号；所述处理单元基于所述光电信号，计算滑轨钢缆(7)的摆动幅度。

2.根据权利要求1所述的滑轨钢缆摆度测量器装置，其特征在于，所述测量架包括：第一固定支架(1)和设置在固定支架下端的车轮(11)；

所述发生装置和接收装置上下对应的固定在所述固定支架上。

3.根据权利要求1或2所述的滑轨钢缆摆度测量器装置，其特征在于，所述测量架上设有用于调节发射装置的发射调节结构(4)，和/或，所述测量架上设有用于调节接收装置的接收调节结构(2)。

4.根据权利要求3所述的滑轨钢缆摆度测量器装置，其特征在于，所述发射调节结构(4)上设有用于调节发射装置的旋转调节器和用于调节光阑的高度调节器；和/或，

所述接收调节结构(2)上设有用于调节接收装置的旋转调节器和用于调节光阑的高度调节器。

5.根据权利要求2所述的滑轨钢缆摆度测量器装置，其特征在于，所述固定支架为空心圆柱形；

所述固定支架内设有用于为发射装置提供电源的线路(12)和用于将接收装置采集的光束信号传输给处理单元的线路(12)。

6.根据权利要求2所述的滑轨钢缆摆度测量器装置，其特征在于，所述测量架上设有第二固定支架(3)，所述第二固定支架(3)与第一固定支架(1)的底部铰接。

7.根据权利要求1所述的滑轨钢缆摆度测量器装置，其特征在于，所述发射装置包括一排线性排列的发光二极管(5)；

LED发光二极管(5)中各LED发光二极管(5)并联连接，并与限流电阻并联连接，各LED发光二极管(5)下面对应发射光阑(6)；和/或，

所述接收装置包括多个光敏二极管(9)；每个光敏二极管(9)分别与所述处理单元电连接；所述光敏二极管(9)与所述处理单元的连接线上设有上拉电阻和耦合电容。

8.根据权利要求1所述的滑轨钢缆摆度测量器装置，其特征在于，所处理单元包括：

信号放大电路，用于对所述光电信号进行放大处理，获得放大信号；

比较电路，对所述放大信号进行判断，若信号的变化强度低于预设值，则舍弃该信号的传输，若信号的变化强度大于或等于预设值，则输出该光电信号；

微处理器，基于满足预设值要求的光电信号，计算滑轨钢缆7的摆动幅度。

9.根据权利要求8所述的滑轨钢缆摆度测量器装置，其特征在于，所述处理单元还包括：

抗干扰电路，对放大后的信号进行抗干扰处理，初步滤掉干扰信号；

滤波电路，对比较电路输出的信号进行二次滤波，输出用于微处理器计算的去噪的光电信号；

供电电路，用于为发射装置、接收装置和微处理器供电；

线路(12)，用于处理单元与接收装置和外部显示设备进行通信。

10.根据权利要求1所述的滑轨钢缆摆度测量器装置，其特征在于，所述发射光阑(6)和接收光阑(8)的相邻两个孔径之间的间隔0.5mm至2mm。