CN113533774A - 一种宽速域激光测速及校准试验装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种宽速域激光测速及校准试验装置与方法，所述装置包括总控制台、控制单元、驱动单元、动力源、编码器、转盘光栅板、激光发射器、激光接收器和信号处理单元。应用本发明的技术方案，通过改变总控制台向控制单元发送的指令转速信号来实现快速的对激光传感器进行宽速度范围下的传感器性能测试。本发明可以对多个激光测速装置进行快速批量测试筛选，提高生产和测试效率。

Description

一种宽速域激光测速及校准试验装置与方法
技术领域
本发明涉及激光测速技术领域，尤其涉及一种宽速域激光测速及校准试验装置与方法。
背景技术
对射式激光测速试验装置，采用激光发射传感器和激光接收传感器经过光栅板对射，通过判断透过激光的有无以及变化的快慢，计算光栅板的运动速度。对射式激光测速结构简单，响应速度快，但程序复杂，且存在背景杂波的问题，导致测速结果不准确。
现有的对射式激光测速试验装置，多用于直线电机或高速直线电机进行运动速度和位置的测量，无法快速的对激光传感器进行宽速度范围下的传感器性能测试，也无法验证测速结果的准确性。
发明内容
本发明提供了一种宽速域激光测速及校准试验装置与方法，能够解决现有的对射式激光测速试验装置无法快速的对激光传感器进行宽速度范围下的传感器性能测试的技术问题，还能够解决现有的对射式激光测速试验装置无法验证并校准测速结果准确性的技术问题。
本发明的一方面，提供了一种宽速域激光测速及校准试验装置，所述装置包括总控制台、控制单元、驱动单元、动力源、编码器、转盘光栅板、激光发射器、激光接收器和信号处理单元，
所述动力源、所述编码器和所述转盘光栅板同轴设置，且所述转盘光栅板和所述编码器均设置于所述动力源的轴上，所述转盘光栅板沿周向设置有多个等间隔的光栅栅格，所述激光发射器和所述激光接收器分别设置于所述转盘光栅板的两侧，所述激光发射器用于发射激光；
所述总控制台用于向所述控制单元发送指令转速信号，以及向所述激光发射器发送激光发射信号，所述激光发射信号包括激光的发射时刻和发射频率；
所述控制单元用于根据接收的指令转速信号控制驱动单元驱动动力源运动；
所述编码器用于获取所述动力源的实际转速信号和位置信号，并将所述实际转速信号和位置信号发送至所述控制单元；
所述控制单元还用于根据接收的指令转速信号、实际转速信号和位置信号，获取交流电流驱动信号，并根据所述交流电流驱动信号控制所述驱动单元调整所述动力源的转速；
所述激光发射器用于根据所述激光发射信号发射激光，所发射的激光穿过所述光栅栅格被所述激光接收器接收；
所述激光接收器用于将接收的激光转换为光信号，并输出至所述信号处理单元；
所述信号处理单元用于对所述光信号进行处理得到测试转速信号。
优选的，所述信号处理单元还用于将所述测试转速信号发送至所述总控制台；
所述控制单元还用于将接收的实际转速信号反馈至所述总控制台；
所述总控制台还用于根据所述实际转速信号对所述测试转速信号进行验证，并将验证结果反馈给所述信号处理单元；
所述信号处理单元还用于在所述验证结果为所述测试转速信号不准确的情况下对所述测试转速信号进行校准。
优选的，所述装置还包括用于包围所述转盘光栅板的防护装置，所述防护装置设有与所述光栅栅格一一对应的通孔。
优选的，所述动力源为旋转交流同步电机、旋转交流异步电机或旋转直流电机，所述驱动单元为与所述动力源相对应的变流器。
优选的，所述激光发射器和所述激光接收器均为多个，对应于所述光栅栅格的位置设置，每一个所述激光发射器或每一个所述激光接收器的下侧设置有支撑架。
本发明的另一方面，提供了一种宽速域激光测速及校准方法，所述方法包括：
总控制台向控制单元发送指令转速信号，以及向激光发射器发送激光发射信号，激光发射信号包括激光的发射时刻和发射频率；
控制单元根据接收的指令转速信号控制驱动单元驱动动力源运动；
编码器获取动力源的实际转速信号和位置信号，并将实际转速信号和位置信号发送至控制单元；
控制单元根据接收的指令转速信号、实际转速信号和位置信号，获取交流电流驱动信号，并根据交流电流驱动信号控制驱动单元调整动力源的转速；
激光发射器根据激光发射信号发射激光，所发射的激光穿过转盘光栅板沿周向设置的等间隔光栅栅格被激光接收器接收；
激光接收器将接收的激光转换为光信号，并输出至信号处理单元；
信号处理单元对光信号进行处理得到测试转速信号。
优选的，所述方法还包括：
信号处理单元将测试转速信号发送至总控制台；
控制单元将接收的实际转速信号反馈至总控制台；
总控制台根据实际转速信号对测试转速信号进行验证，并将验证结果反馈给信号处理单元；
若验证结果为测试转速信号不准确，则信号处理单元对测试转速信号进行校准。
优选的，总控制台根据实际转速信号对测试转速信号进行验证包括：
若
Figure BDA0002459737510000041
则验证测试转速信号准确；
若
Figure BDA0002459737510000042
则验证测试转速信号不准确；
式中，n1为测试转速信号，n2为实际转速信号，n0为预设测试误差；
信号处理单元对测试转速信号进行校准包括：用所述实际转速信号代替所述测试转速信号。
优选的，控制单元根据接收的指令转速信号、实际转速信号和位置信号，获取交流电流驱动信号包括：
控制单元将位置信号转化为电角度信号；
控制单元将实际转速信号和指令转速信号转化为电流幅值信号；
控制单元根据电角度信号和电流幅值信号，获取交流电流驱动信号。
优选的，信号处理单元对光信号进行处理得到测试转速信号包括：
信号处理单元将接收的光信号转化为激光测速脉冲信号；
信号处理单元对激光测速脉冲信号进行滤波，得到速度脉冲信号；
信号处理单元根据速度脉冲信号，得到相邻两脉冲之间时间间隔；
信号处理单元根据相邻两脉冲之间时间间隔和光栅板两个相邻光栅栅格之间的距离，得到转盘光栅板的光栅栅格处的线速度；
信号处理单元根据转盘光栅板的光栅栅格处的线速度，得到测试转速信号。
应用本发明的技术方案，通过改变总控制台向控制单元发送的指令转速信号来实现快速的对激光传感器进行宽速度范围下的传感器性能测试。本发明可以对多个激光测速装置进行快速批量测试筛选，提高生产和测试效率。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明一种实施例的激光测速试验装置；
图2示出了图1中的激光测速试验装置的转盘光栅板及防护装置；
图3示出了根据本发明一种实施例的一种宽速域激光测速方法的流程图。
附图标记说明
1、总控制台； 2、控制单元； 3、驱动单元；
4、动力源； 5、编码器； 6、转盘光栅板；
7、激光发射器； 8、激光接收器； 9、信号处理单元；
10、防护装置； 11、支撑架。
具体实施方式
需要说明的是，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相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1示出了根据本发明一种实施例的激光测速试验装置。如图1所示，本发明提供了一种宽速域激光测速及校准试验装置，所述装置包括总控制台1、控制单元2、驱动单元3、动力源4、编码器5、转盘光栅板6、激光发射器7、激光接收器8和信号处理单元9，
所述动力源4、所述编码器5和所述转盘光栅板6同轴设置，且所述转盘光栅板6和所述编码器5均设置于所述动力源4的轴上，所述转盘光栅板6沿周向设置有多个等间隔的光栅栅格，所述激光发射器7和所述激光接收器8分别设置于所述转盘光栅板6的两侧，所述激光发射器7用于发射激光；
所述总控制台1用于向所述控制单元2发送指令转速信号，以及向所述激光发射器7发送激光发射信号，所述激光发射信号包括激光的发射时刻和发射频率；
所述控制单元2用于根据接收的指令转速信号控制驱动单元3驱动动力源4运动；
所述编码器5用于获取所述动力源4的实际转速信号和位置信号，并将所述实际转速信号和位置信号发送至所述控制单元2；
所述控制单元2还用于根据接收的指令转速信号、实际转速信号和位置信号，获取交流电流驱动信号，并根据所述交流电流驱动信号控制所述驱动单元3调整所述动力源4的转速；
所述激光发射器7用于根据所述激光发射信号发射激光，所发射的激光穿过所述光栅栅格被所述激光接收器8接收；
所述激光接收器8用于将接收的激光转换为光信号，并输出至所述信号处理单元9；
所述信号处理单元9用于对所述光信号进行处理得到测试转速信号。
本发明通过改变总控制台1向控制单元2发送的指令转速信号来实现快速的对激光传感器进行宽速度范围下的传感器性能测试。本发明可以对多个激光测速装置进行快速批量测试筛选，提高生产和测试效率。
在本发明中，所述控制单元2用于根据接收的指令转速信号、实际转速信号和位置信号，获取交流电流驱动信号，并根据所述交流电流驱动信号控制所述驱动单元3调整所述动力源4的转速，从而实现对动力源4转速的监测与调节，确保动力源4的实际转速与设定转速一致。
根据本发明的一种实施例，所述信号处理单元9还用于将所述测试转速信号发送至所述总控制台1；所述控制单元2还用于将接收的实际转速信号反馈至所述总控制台1；所述总控制台1还用于根据所述实际转速信号对所述测试转速信号进行验证，并将验证结果反馈给所述信号处理单元9；所述信号处理单元9还用于在所述验证结果为所述测试转速信号不准确的情况下对所述测试转速信号进行校准。本发明中的总控制台1根据接收的实际转速信号和测试转速信号，对测试转速信号进行快速验证；信号处理单元9对不准确的测试转速信号进行校准，以确保测试结果的准确性。
根据本发明的一种实施例，所述装置还包括用于包围所述转盘光栅板6的防护装置10，所述防护装置10设有与所述光栅栅格一一对应的通孔，如图2所示。采用防护装置10对高速旋转的转盘光栅板6进行保护，以避免转盘光栅板6高速运动对外界造成的危险。该转盘光栅板6为圆盘状，因此防护装置10也设计成圆形。防护装置10上设有的通孔可以确保激光正常通过。
根据本发明的一种实施例，所述动力源4为旋转交流同步电机、旋转交流异步电机或旋转直流电机。所述驱动单元3为与所述动力源4相对应的变流器，用于提供驱动动力源4所需的电压和电流。
根据本发明的一种实施例，所述激光发射器7和所述激光接收器8均为多个，对应于所述光栅栅格的位置设置，每一个所述激光发射器7或每一个所述激光接收器8的下侧设置有支撑架11，可以同时满足多个激光发射器7和多个激光接收器8的测试，提高测试效率。
在本发明中，所述激光发射器7发出的激光与所述转盘光栅板6垂直；所述光栅栅格也就是透光孔，例如，可设置为矩形孔。
此外，总控制台1控制电机运行转速，线速度可达到300m/s以上，因此，本发明的激光测速装置可实现时速1080km/h以上的测速、验证及校准。
举例来说，设转盘光栅板6的光栅栅格处的半径为R(m)，转速为n(r/min)，则转盘光栅板6的光栅栅格处的线速度为v＝2πRn/60，单位为m/s。
可知，若需要线速度达到v＝300m/s，则对应的转速n＝30v/(R)，
若R取0.5m，则n＝5730r/min；
若R取1m，则n＝2865r/min；
图3示出了根据本发明一种实施例的一种宽速域激光测速方法的流程图。如图3所示，本发明提供了一种宽速域激光测速及校准方法，所述方法包括：
S1、总控制台向控制单元发送指令转速信号，以及向激光发射器发送激光发射信号，激光发射信号包括激光的发射时刻和发射频率；
S2、控制单元根据接收的指令转速信号控制驱动单元驱动动力源运动；
S3、编码器获取动力源的实际转速信号和位置信号，并将实际转速信号和位置信号发送至控制单元；
S4、控制单元根据接收的指令转速信号、实际转速信号和位置信号，获取交流电流驱动信号，并根据交流电流驱动信号控制驱动单元调整动力源的转速；
S5、激光发射器根据激光发射信号发射激光，所发射的激光穿过转盘光栅板沿周向设置的等间隔光栅栅格被激光接收器接收；
S6、激光接收器将接收的激光转换为光信号，并输出至信号处理单元；
S7、信号处理单元对光信号进行处理得到测试转速信号。
根据本发明的一种实施例，所述方法还包括：
S8、信号处理单元将测试转速信号发送至总控制台；
S9、控制单元将接收的实际转速信号反馈至总控制台；
S10、总控制台根据实际转速信号对测试转速信号进行验证，并将验证结果反馈给信号处理单元；
S11、若验证结果为测试转速信号不准确，则信号处理单元对测试转速信号进行校准。
其中，总控制台根据实际转速信号对测试转速信号进行验证包括：
若
Figure BDA0002459737510000101
则验证测试转速信号准确；
若
Figure BDA0002459737510000111
则验证测试转速信号不准确；
式中，n1为测试转速信号，n2为实际转速信号，n0为预设测试误差；
信号处理单元对测试转速信号进行校准包括：用所述实际转速信号代替所述测试转速信号。
根据本发明的一种实施例，控制单元根据接收的指令转速信号、实际转速信号和位置信号，获取交流电流驱动信号包括：
S41、控制单元将位置信号转化为电角度信号；
S42、控制单元将实际转速信号和指令转速信号转化为电流幅值信号；
S43、控制单元根据电角度信号和电流幅值信号，获取交流电流驱动信号。
根据本发明的一种实施例，信号处理单元对光信号进行处理得到测试转速信号包括：
S71、信号处理单元将接收的光信号转化为激光测速脉冲信号；
S72、信号处理单元对激光测速脉冲信号进行滤波，得到速度脉冲信号；
S73、信号处理单元根据速度脉冲信号，得到相邻两脉冲之间时间间隔；
S74、信号处理单元根据相邻两脉冲之间时间间隔和光栅板两个相邻光栅栅格之间的距离，得到转盘光栅板的光栅栅格处的线速度；
S75、信号处理单元根据转盘光栅板的光栅栅格处的线速度，得到测试转速信号。
其中，光栅板两个相邻光栅栅格之间的距离为光栅板两个相邻光栅栅格之间的距离的弧线距离。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种宽速域激光测速及校准试验装置，其特征在于，所述装置包括总控制台、控制单元、驱动单元、动力源、编码器、转盘光栅板、激光发射器、激光接收器和信号处理单元，
所述动力源、所述编码器和所述转盘光栅板同轴设置，且所述转盘光栅板和所述编码器均设置于所述动力源的轴上，所述转盘光栅板沿周向设置有多个等间隔的光栅栅格，所述激光发射器和所述激光接收器分别设置于所述转盘光栅板的两侧，所述激光发射器用于发射激光；
所述总控制台用于向所述控制单元发送指令转速信号，以及向所述激光发射器发送激光发射信号，所述激光发射信号包括激光的发射时刻和发射频率；
所述控制单元用于根据接收的指令转速信号控制驱动单元驱动动力源运动；
所述编码器用于获取所述动力源的实际转速信号和位置信号，并将所述实际转速信号和位置信号发送至所述控制单元；
所述控制单元还用于根据接收的指令转速信号、实际转速信号和位置信号，获取交流电流驱动信号，并根据所述交流电流驱动信号控制所述驱动单元调整所述动力源的转速；
所述激光发射器用于根据所述激光发射信号发射激光，所发射的激光穿过所述光栅栅格被所述激光接收器接收；
所述激光接收器用于将接收的激光转换为光信号，并输出至所述信号处理单元；
所述信号处理单元用于对所述光信号进行处理得到测试转速信号。
2.根据权利要求1所述的一种宽速域激光测速及校准试验装置，其特征在于，所述信号处理单元还用于将所述测试转速信号发送至所述总控制台；
所述控制单元还用于将接收的实际转速信号反馈至所述总控制台；
所述总控制台还用于根据所述实际转速信号对所述测试转速信号进行验证，并将验证结果反馈给所述信号处理单元；
所述信号处理单元还用于在所述验证结果为所述测试转速信号不准确的情况下，对所述测试转速信号进行校准。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽速域激光测速及校准试验装置，其特征在于，所述装置还包括用于包围所述转盘光栅板的防护装置，所述防护装置设有与所述光栅栅格一一对应的通孔。
4.根据权利要求1或2所述的一种宽速域激光测速及校准试验装置，其特征在于，所述动力源为旋转交流同步电机、旋转交流异步电机或旋转直流电机，所述驱动单元为与所述动力源相对应的变流器。
5.根据权利要求1或2所述的一种宽速域激光测速及校准试验装置，其特征在于，所述激光发射器和所述激光接收器均为多个，对应于所述光栅栅格的位置设置，每一个所述激光发射器或每一个所述激光接收器的下侧设置有支撑架。
6.一种宽速域激光测速及校准方法，其特征在于，所述方法包括：
总控制台向控制单元发送指令转速信号，以及向激光发射器发送激光发射信号，激光发射信号包括激光的发射时刻和发射频率；
控制单元根据接收的指令转速信号控制驱动单元驱动动力源运动；
编码器获取动力源的实际转速信号和位置信号，并将实际转速信号和位置信号发送至控制单元；
控制单元根据接收的指令转速信号、实际转速信号和位置信号，获取交流电流驱动信号，并根据交流电流驱动信号控制驱动单元调整动力源的转速；
激光发射器根据激光发射信号发射激光，所发射的激光穿过转盘光栅板沿周向设置的等间隔光栅栅格被激光接收器接收；
激光接收器将接收的激光转换为光信号，并输出至信号处理单元；
信号处理单元对光信号进行处理得到测试转速信号。
7.根据权利要求6所述的一种宽速域激光测速及校准方法，其特征在于，所述方法还包括：
信号处理单元将测试转速信号发送至总控制台；
控制单元将接收的实际转速信号反馈至总控制台；
总控制台根据实际转速信号对测试转速信号进行验证，并将验证结果反馈给信号处理单元；
若验证结果为测试转速信号不准确，则信号处理单元对测试转速信号进行校准。
8.根据权利要求7所述的一种宽速域激光测速及校准方法，其特征在于，总控制台根据实际转速信号对测试转速信号进行验证包括：
若
Figure FDA0002459737500000031
则验证测试转速信号准确；
若
Figure FDA0002459737500000032
则验证测试转速信号不准确；
式中，n1为测试转速信号，n2为实际转速信号，n0为预设测试误差；
信号处理单元对测试转速信号进行校准包括：用所述实际转速信号代替所述测试转速信号。
9.根据权利要求6或7所述的一种宽速域激光测速及校准方法，其特征在于，控制单元根据接收的指令转速信号、实际转速信号和位置信号，获取交流电流驱动信号包括：
控制单元将位置信号转化为电角度信号；
控制单元将实际转速信号和指令转速信号转化为电流幅值信号；
控制单元根据电角度信号和电流幅值信号，获取交流电流驱动信号。
10.根据权利要求6或7所述的一种宽速域激光测速及校准方法，其特征在于，信号处理单元对光信号进行处理得到测试转速信号包括：
信号处理单元将接收的光信号转化为激光测速脉冲信号；
信号处理单元对激光测速脉冲信号进行滤波，得到速度脉冲信号；
信号处理单元根据速度脉冲信号，得到相邻两脉冲之间时间间隔；
信号处理单元根据相邻两脉冲之间时间间隔和光栅板两个相邻光栅栅格之间的距离，得到转盘光栅板的光栅栅格处的线速度；
信号处理单元根据转盘光栅板的光栅栅格处的线速度，得到测试转速信号。
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