CN115183758A - 一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置及检测方法，涉及激光陀螺检测技术领域，包括壳体、激光陀螺主体、抖动发生器和抖动信号采集装置，本发明巧妙的利用激光陀螺主体在往复抖动时，带动遮挡块对光束信号发生器射出的光线进行周期性阻挡，从而产生波动光信号，经光敏三极管将波动光信号进行转化处理，形成可精确测量的电流信号，并依次通过信号调理电路、单片机、滤波器对其进行解码转化为正弦波信号，最后通过微处理器对正弦波信号的周期频率进行周期扫描并经边沿触发计算得出激光陀螺主体的抖动频率，相较于传统的激光陀螺检抖装置来说，本方案结构简单，简化了电气化系统，避免了多余的信号干扰，从而使检测结果数据更为精准。

Description

一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置及检测方法

技术领域

本发明涉及激光陀螺检测技术领域，具体为一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置及检测方法。

背景技术

激光惯组在国防领域具有非常广泛的应用，随着国防工业的飞速发展，对小型化、低功耗激光惯组的需求越来越迫切，国外对惯组小型化相关技术研究较早，以霍尼韦尔公司为代表，已经形成一系列的体积小、质量小、功耗低的数字化激光惯组。目前，国内小型化激光惯组的需求极具增长，特别是新一代运载、武器等型号对惯性仪表的体积、质量、功耗、成本的要求越来越高，并提出多表冗余设计的需求，激光陀螺作为激光惯组的重要组成部分，其性能指标尤为重要。

激光陀螺的周期性的往复抖动主要由抖动控制电路来驱动和控制，为了对往复抖动进行精确反馈控制，需要采用检抖装置来检测机械抖动激光陀螺的抖动情况，以此作为抖动控制电路的输入信号。

目前传统的激光陀螺抖动检测装置，其机械结构和电气系统较为复杂，且在检测时，检抖装置难以避免陀螺抖动时产生的误差干扰，因此导致其检测结果精度不够，从而难以满足使用需求,鉴于上述情况，亟待开发出一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置及检测方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置及检测方法，用于解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置，包括：

壳体，用于支撑固定结构，且其顶部中间和底部中间均开设有通孔；

激光陀螺主体，活动安装在壳体内部中间，顶部和底部均设有与通孔相平齐的遮挡块；

抖动发生器，安装在激光陀螺主体上，用于带动激光陀螺主体沿壳体轴向方向进行往复抖动，进而使激光陀螺主体往复抖动时带动遮挡块通孔进行上下移动；

抖动信号采集装置，安装在壳体上，用于采集激光陀螺主体的抖动信息；

所述抖动信号采集装置包括分别安装在壳体顶部和底部的第一采集组件和第二采集组件，所述第一采集组件和第二采集组件结构相同。

所述第一采集组件包括多个一一对应、且呈环形阵列状分布在壳体顶部四周的光束发射器和光束信号采集器，所述光束信号采集器的接收端还设有聚光镜；

在所述激光陀螺往复抖动时，位于其顶部和底部的遮挡块可周期性的对光束发射器发射的光线进行遮挡，以使光束信号采集器采集到波动的光信号。

还包括信号处理装置，所述信号处理装置与抖动信号采集装置相连接、且用于将采集到的波动光信号进行信号类型转化。

所述信号处理装置包括光电转换模块、单片机、滤波器和微处理器；

所述光电转换模块的信号输入端与光束信号采集器相连接，用于将采集到的波动光信号转化为电流信号；

所述单片机的A/D接口端与光电转换模块的信号输出端相连接，用于接收光信号转换器传输而来的电流信号，并经I/O口生成一个定频方波信号进行输出；

所述滤波器信号输入端与单片机的输出端口相连接，用于将单片机传输而来的定频方波信号进行解码并形成正弦波信号；

所述微处理器的通讯接口与滤波器的输出端口相连接，用于接收正弦波信号并对正弦波信号的周期频率进行周期扫描计算得出激光陀螺主体的抖动频率，并传输至示波器中显示出来。

所述光电转换模块包括光敏三极管和信号调理电路。

所述光敏光敏三极管上还设有分光镜。

一种超高精度激光陀螺电磁检抖检测方法，包括如下步骤：

S1、抖动发生器工作后,其可带动激光陀螺主体在壳体内进行上下往复抖动；

S2、当激光陀螺主体在壳体的内部往复抖动后，可带动其顶部和底部的遮挡块周期性的通过壳体顶部和底部的通孔并对光束发射器发射的光线进行遮挡，从而使光束信号采集器采集到光信号时断时续，进而产生波动的光信号并传输至光电转换模块中；

S3、当光电转换模块接收到波动的光信号时，通过光敏三极管将其接收到波动光信号后转化为可测量的电信号进行输出，并经信号调理电路进行差分放大后输出至单片机的A/D接口；

S4、当单片机的A/D接口端接收到波动电流信号后，通过I/O口生成一个定频方波信号进行输出，并传输至滤波器中；

S5、在滤波器接收到定频方波信号后，对其进行解码并形成正弦波信号传输至微处理器中；

S6、微处理器接收到正弦波信号后，对正弦波信号的周期频率进行周期扫描并经边沿触发计算得出激光陀螺主体的抖动频率，并传输至示波器中显示出来。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本方案通过设置的光束信号发生器、光束信号采集器以及遮挡块的设置，巧妙的利用激光陀螺主体在往复抖动时，带动遮挡块对光束信号发生器射出的光线进行周期性阻挡，从而产生波动光信号，经光敏三极管将波动光信号进行转化处理，形成可精确测量的电流信号，并依次通过信号调理电路、单片机、滤波器对其进行解码转化为正弦波信号，最后通过微处理器对正弦波信号的周期频率进行周期扫描并经边沿触发计算得出激光陀螺主体的抖动频率，因此本方案相较于传统的激光陀螺检抖装置来说，其结构简单，且大大简化了电气化系统，避免了多余的信号干扰，从而使检测结果数据更为精准；

2、本发明巧妙地通过光敏三极管将光信号转化为电信号，可随时根据光强信号的强弱转换为相应的电信号，从而便于对激光陀螺主体的抖动情况进行实时检测，保证检测数据的精准性和及时性，进一步地还在光敏三极管上设有分光镜，通过分光镜的设置，可以使光信号能分散照射在光敏三极管上，从而确保光敏三极管能均匀的接收到光信号进行转换，进而改善装置的使用效果；

3、本发明中，还巧妙地在光束信号采集器的接收端还设有聚光镜，通过聚光镜设置，可使其可对穿过的光束进行聚集，使其汇聚照射在光束信号采集器上，确保光束信号采集器能准确的接收到光信号，避免光束在激光陀螺抖动时，其光路发生偏折而导致信号传递效果差的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明内部结构示意图；

图2为本发明俯视结构示意图；

图3为本发明A处局部结构放大示意图；

图4为本发明系统框图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1、壳体；2、激光陀螺主体；20、遮挡块；3、抖动发生器；4、光束发射器；5、聚光镜；6、光束信号采集器；7、信号处理装置；8、套筒；80、滑槽；81、滑块；82、第一磁性件；83、第二磁性件；84、连接杆。

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白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、图2和图4所示，本实施例提供一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置，包括壳体1，用于支撑固定结构，且其顶部中间和底部中间均开设有通孔；激光陀螺主体2，活动安装在壳体1内部中间，顶部和底部均设有与通孔相平齐的遮挡块20；抖动发生器3，安装在激光陀螺主体2上，用于带动激光陀螺主体2沿壳体1轴向方向进行往复抖动，进而使激光陀螺主体2往复抖动时带动遮挡块20通孔进行上下移动；抖动信号采集装置，安装在壳体1上，用于采集激光陀螺主体2的抖动信息；所述抖动信号采集装置包括分别安装在壳体1顶部和底部的第一采集组件和第二采集组件，所述第一采集组件和第二采集组件结构相同。所述第一采集组件包括多个一一对应、且呈环形阵列状分布在壳体1顶部四周的光束发射器4和光束信号采集器6，所述光束信号采集器6的接收端还设有聚光镜5,（在本实施例中，光束发射器4和光束信号采集器6分别设有4个，且一一对应并形成环状）；在所述激光陀螺往复抖动时，位于其顶部和底部的遮挡块20可周期性的对光束发射器4发射的光线进行遮挡，以使光束信号采集器6采集到波动的光信号。还包括信号处理装置7，所述信号处理装置7与抖动信号采集装置相连接、且用于将采集到的波动光信号进行信号类型转化。所述信号处理装置7包括光电转换模块、单片机、滤波器和微处理器；所述光电转换模块的信号输入端与光束信号采集器6相连接，用于将采集到的波动光信号转化为电流信号；所述单片机的A/D接口端与光电转换模块的信号输出端相连接，用于接收光信号转换器传输而来的电流信号，并经I/O口生成一个定频方波信号进行输出；所述滤波器信号输入端与单片机的输出端口相连接，用于将单片机传输而来的定频方波信号进行解码并形成正弦波信号；所述微处理器的通讯接口与滤波器的输出端口相连接，用于接收正弦波信号并对正弦波信号的周期频率进行周期扫描计算得出激光陀螺主体2的抖动频率，并传输至示波器中显示出来。所述光电转换模块包括光敏三极管和信号调理电路。所述光敏光敏三极管上还设有分光镜。

这里需要说明的是，传统的激光陀螺抖动检测装置，其大多由永磁铁和线圈构成，其机械结构和电气系统较为复杂，且在检测时，由于永磁铁会产生干扰信号，从而造成检抖装置难以避免陀螺抖动时产生的误差干扰，因此导致其检测结果精度不够，难以满足使用需求,鉴于此，本方案通过光束信号发生器、光束信号采集器6以及遮挡块20的设置，巧妙的利用激光陀螺主体2在往复抖动时，带动遮挡块20对光束信号发生器射出的光线进行周期性阻挡，从而产生波动光信号，经光敏三极管将波动光信号进行转化处理，形成可精确测量的电流信号，并依次通过信号调理电路、单片机、滤波器对其进行解码转化为正弦波信号，最后通过微处理器对正弦波信号的周期频率进行周期扫描并经边沿触发计算得出激光陀螺主体2的抖动频率，因此本方案相较于传统的激光陀螺检抖装置来说，其结构简单，且大大简化了电气化系统，避免了多余的信号干扰，从而使检测结果数据更为精准。

实施例2

如图1和图3所示，本实施例在实施例1的基础上，在激光陀螺主体2的四周与壳体1内壁之间还设有浮动组件，浮动组件为多个，在本方案中优选为6个，且呈环形阵列状分布，任一浮动组件包括沿壳体1轴向方向设置在壳体1内壁的套筒8，开设在套筒8对应激光陀螺主体2的一面、且与套筒8轴向方向相平行的滑槽80，滑动设置在套筒8内、四周均嵌设有滚珠的滑块81，设置在滑块81一侧、一端穿过滑槽80与激光陀螺主体2相连接的连接杆84；所述套筒8的内部上方和内部下方均设有第一磁性件82，所述滑块81的顶部和底部均设有与第一磁性件82相对应、且磁极相同的第二磁性件83。

需要说明的是，在本实施例中，通过浮动组件的设置，可以对激光陀螺主体2的抖动方向进行引导，使其始终保持沿套筒8的轴向方向进行往复抖动，避免激光陀螺主体2抖动时与外壳体1之间发生磕碰，具体来说，在激光陀螺主体2往复抖动时，其可通过连杆带动滑块81在套筒8内进行上下滑动，以此实现对激光陀螺主体2进行引导，进一步来说，当滑块81在套筒8内进行周期性的上下滑动时，随着滑块81上的第二磁性件83逐渐靠近第一磁性件82时，其两者之间会随着距离的缩短而产生逐渐增大的斥力，以此对滑块81进行阻挡，避免滑块81移动到套筒8最顶端或最低端而发生刚性碰撞，从而也能实现对激光陀螺主体2的抖动进行一个限制，避免其抖动幅度过大而发生损坏，而为了确保激光陀螺主体2的正常抖动，滑块81在套筒8内部的行程远远大于激光陀螺主体2的正常抖动抖动幅度。

实施例3

如图4所示，本实施例在实施例1和实施例2的基础上提出一种超高精度激光陀螺电磁检抖检测方法，具体包括如下步骤：

S1、抖动发生器3工作后,其可带动激光陀螺主体2通过滑块81在滑槽80内进行上下滑动，以实现激光陀螺主体2在壳体1内进行上下往复抖动；S2、当激光陀螺主体2在壳体1的内部往复抖动后，可带动其顶部和底部的遮挡块20周期性的通过壳体1顶部和底部的通孔并对光束发射器4发射的光线进行遮挡，从而使光束信号采集器6采集到光信号时断时续，进而产生波动的光信号并传输至光电转换模块中，这里进一步需要说明的是，在光束信号采集器6的接收端还设有聚光镜5，通过聚光镜5，可使其可对穿过的光束进行聚集，使其汇聚照射在光束信号采集器6上，确保光束信号采集器6能准确的接收到光信号，避免光束在激光陀螺抖动时，其光路发生偏折而导致信号传递效果差的问题；S3、当光电转换模块接收到波动的光信号时，通过光敏三极管将其接收到波动光信号后转化为可测量的电信号进行输出，并经信号调理电路进行差分放大后输出至单片机的A/D接口，这里还需要说明的是，本方案通过光敏三极管将光信号转化为电信号，可随时根据光强信号的强弱转换为相应的电信号，从而便于对激光陀螺主体2的抖动情况进行实时检测，保证检测数据的精准性和及时性，进一步地还在光敏三极管上设有分光镜，通过分光镜的设置，可以使光信号能分散照射在光敏三极管上，从而确保光敏三极管能均匀的接收到光信号进行转换，进而改善装置的使用效果；S4、当单片机的A/D接口端接收到波动电流信号后，通过I/O口生成一个定频方波信号进行输出，并传输至滤波器中；S5、在滤波器接收到定频方波信号后，对其进行解码并形成正弦波信号传输至微处理器中；S6、微处理器接收到正弦波信号后，对正弦波信号的周期频率进行周期扫描并经边沿触发计算得出激光陀螺主体2的抖动频率，并传输至示波器中显示出来。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置，其特征在于，包括：

壳体（1），用于支撑固定结构，且其顶部中间和底部中间均开设有通孔；

激光陀螺主体（2），活动安装在壳体（1）内部中间，顶部和底部均设有与通孔相平齐的遮挡块（20）；

抖动发生器（3），安装在激光陀螺主体（2）上，用于带动激光陀螺主体（2）沿壳体（1）轴向方向进行往复抖动，进而使激光陀螺主体（2）往复抖动时带动遮挡块（20）通孔进行上下移动；

抖动信号采集装置，安装在壳体（1）上，用于采集激光陀螺主体（2）的抖动信息；

所述抖动信号采集装置包括分别安装在壳体（1）顶部和底部的第一采集组件和第二采集组件，所述第一采集组件和第二采集组件结构相同。

2.根据权利要求1所述的一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置，其特征在于，所述第一采集组件包括多个一一对应、且呈环形阵列状分布在壳体（1）顶部四周的光束发射器（4）和光束信号采集器（6），所述光束信号采集器（6）的接收端还设有聚光镜（5）；

在所述激光陀螺往复抖动时，位于其顶部和底部的遮挡块（20）可周期性的对光束发射器（4）发射的光线进行遮挡，以使光束信号采集器（6）采集到波动的光信号。

3.根据权利要求1所述的一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置，其特征在于，还包括信号处理装置（7），所述信号处理装置（7）与抖动信号采集装置相连接、且用于将采集到的波动光信号进行信号类型转化。

4.根据权利要求3所述的一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置，其特征在于，所述信号处理装置（7）包括光电转换模块、单片机、滤波器和微处理器；

所述光电转换模块的信号输入端与光束信号采集器（6）相连接，用于将采集到的波动光信号转化为电流信号；

所述单片机的A/D接口端与光电转换模块的信号输出端相连接，用于接收光信号转换器传输而来的电流信号，并经I/O口生成一个定频方波信号进行输出；

所述滤波器信号输入端与单片机的输出端口相连接，用于将单片机传输而来的定频方波信号进行解码并形成正弦波信号；

所述微处理器的通讯接口与滤波器的输出端口相连接，用于接收正弦波信号并对正弦波信号的周期频率进行周期扫描计算得出激光陀螺主体（2）的抖动频率，并传输至示波器中显示出来。

5.根据权利要求4所述的一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置，其特征在于，所述光电转换模块包括光敏三极管和信号调理电路。

6.根据权利要求5所述的一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置，其特征在于，所述光敏三极管上还设有分光镜。

7.一种超高精度激光陀螺电磁检抖检测方法，基于权利要求1-6中任一项所述的一种超高精度激光陀螺电磁检抖装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、抖动发生器（3）工作后,其可带动激光陀螺主体（2）在壳体（1）内进行上下往复抖动；

S2、当激光陀螺主体（2）在壳体（1）的内部往复抖动后，可带动其顶部和底部的遮挡块（20）周期性的通过壳体（1）顶部和底部的通孔并对光束发射器（4）发射的光线进行遮挡，从而使光束信号采集器（6）采集到光信号时断时续，进而产生波动的光信号并传输至光电转换模块中；

S3、当光电转换模块接收到波动的光信号时，通过光敏三极管将其接收到波动光信号后转化为可测量的电信号进行输出，并经信号调理电路进行差分放大后输出至单片机的A/D接口；

S4、当单片机的A/D接口端接收到波动电流信号后，通过I/O口生成一个定频方波信号进行输出，并传输至滤波器中；

S5、在滤波器接收到定频方波信号后，对其进行解码并形成正弦波信号传输至微处理器中；

S6、微处理器接收到正弦波信号后，对正弦波信号的周期频率进行周期扫描并经边沿触发计算得出激光陀螺主体（2）的抖动频率，并传输至示波器中显示出来。

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