CN115711573A - 一种用于圆顶方位角度的计量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于圆顶方位角度的计量装置及方法。该装置包括安装于传动轮的圆周上的磁钢以及固定于传动轮外的两个霍尔传感器，两霍尔传感器的间隔距离使得磁钢随传动轮或传动轮转轴同步旋转时两个霍尔传感器检测到对应有效信号的先后顺序，该装置还包括安装于圆顶转轴上的挡片以及固定于圆顶外的零点检测开关，当挡片随圆顶或圆顶转轴同步旋转至零点检测开关对应位置时，挡片与零点检测开关接触连接。该用于圆顶方位角度的计量装置及方法能有效解决现有技术中圆顶方位角度计量装置复杂或计量不准确的问题，即使是在传动装置传动比未知或精度较差的情况下，仍可以准确计量出圆顶方位的角度。

Description

一种用于圆顶方位角度的计量装置及方法

技术领域

本发明涉及天文仪器技术领域，尤其涉及一种用于圆顶方位角度的计量装置及方法。

背景技术

圆顶方位角度的计量是指借助于计量装置来实现对圆顶方位角度的测量。脉冲当量是实现大型圆顶方位角度计量的一个重要参数，是圆顶方位最小能够识别出的旋转角度，也称为角分辨率。

目前，很多大型圆顶方位的传动装置由皮带轮、减速器、链条等多级传动组成，该装置的角度检测元件通常安装于电机端或减速器输入端，圆顶方位的脉冲当量是通过角度检测元件的分辨率及传动比计算得到，该方法可靠性不高，依赖传动装置的传动比及精度，难以达到较高的精度，且每套圆顶设备初始时都需要输入相应的传动比，一旦传动比数据丢失或被遗忘，就很难得到相应圆顶方位的脉冲当量。

发明内容

克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于圆顶方位角度的计量方法及其装置，以解决现有技术中圆顶脉冲当量数据不准确的问题，即使是在传动装置传动比未知或精度较差的情况下，仍可以准确测量出圆顶方位角度的计量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于圆顶方位角度的计量装置，包括电机、传动轮、圆顶，所述电机通过传动轮将转矩传递给圆顶，所述传动轮处至少设置有一套磁感应机构，所述磁感应机构包括安装于传动轮的圆周或传动轮转轴的圆周上的磁钢以及固定于传动轮外的两个霍尔传感器，两霍尔传感器沿周向间隔布置，间隔距离使得磁钢随传动轮或传动轮转轴同步旋转时两个霍尔传感器检测到对应有效信号的先后顺序，所述圆顶处设置有零点检测机构，所述零点检测机构包括安装于圆顶的圆周或圆顶转轴的圆周上的挡片以及固定于圆顶外的零点检测开关，当所述挡片随圆顶或圆顶转轴同步旋转至零点检测开关对应位置时，挡片与零点检测开关接触连接。

进一步的，其中一个霍尔传感器的输出信号、另一个霍尔传感器的输出信号、零点检测开关的输出信号分别接入微处理器的外部中断0、外部中断口1、外部中断2输入端口。

进一步的，所述传动轮包括皮带轮主动轮、皮带轮从动轮，所述皮带轮主动轮由电机驱动旋转，皮带轮主动轮和皮带轮从动轮通过皮带传动，所述磁感应机构设置于皮带轮从动轮处。

进一步的，还包括减速器，所述减速器具有减速器输入轴和减速器输出轴，所述传动轮安装于减速器输入轴上，减速器输出轴上安装有小齿轮，所述圆周或圆顶转轴上固定设置有沿周向延伸的齿条，所述小齿轮与齿条啮合安装。

一种用于圆顶方位角度的计量方法，包括：

步骤1：将第一霍尔传感器、第二霍尔传感器与零点检测开关同时设置成下拉模式，并开启其对应的外部中断口；

步骤2：利用两霍尔传感器检测信号的状态来判断圆顶的旋转方向；

当磁钢经过第一霍尔传感器、第二霍尔传感器时，若第二霍尔传感器相比第一霍尔传感器先检测到信号的变化，则圆顶顺时针旋转，若第二霍尔传感器相比第一霍尔传感器后检测到信号的变化，则圆顶逆时针旋转；

步骤3：N记为两个霍尔传感器的计数脉冲，当圆顶顺时针连续旋转时，两霍尔传感器中任意一个检测到磁钢的有效信号时，计数脉冲N加1，且一直增加，当圆顶逆时针连续旋转时，两霍尔传感器中任意一个检测到磁钢的有效信号时，计数脉冲N减1，且一直减小；

步骤4：初始将圆顶朝某一方向旋转，当零点检测开关第一次检测到有效信号时，将计数器N清零；继续旋转，当第二次检测到有效信号时，将当前计数器值N记为N1，N1作为圆顶方位旋转一圈的总脉冲数，同时将计数器N清零；

步骤5：根据圆顶一圈总脉冲数，即可得到圆顶方位的脉冲当量：

单位为角秒；

步骤6：当圆顶再次旋转时，将当前计数器值N记为N2，利用两霍尔传感器及磁钢来判断圆顶的旋转方向；当圆顶顺时针旋转时，脉冲数N2一直增加；当圆顶逆时针旋转时，脉冲数N2一直减小，得到当前圆顶方位角度，

实现了圆顶方位的角度计量。

进一步的，通过在传动轮处增加霍尔传感器或磁钢的数量减小脉冲当量。

进一步的，安装多个磁钢时，磁钢为均匀分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种用于圆顶的脉冲当量的实现装置及其方法，与现有技术相比，系统的复杂性得以简化，降低了系统的成本，提高了脉冲当量的准确性，即使在传动系统中传动装置精度比较差或传动比未知的情况，仍可以准确测量出圆顶方位的角度，同时还可以通过增加霍尔传感器或磁钢的数量，来减小脉冲当量。

附图说明

图1是圆顶脉冲当量实现装置的示意图。

图2是圆顶零点开关安装示意图。

图中标记：1、减速器；2、皮带；3、皮带轮主动轮；4、磁钢；5、第一霍尔传感器；6、第二霍尔传感器；7、皮带轮从动轮；8、圆顶；9、零点检测开关；10、挡片；11、减速器输出轴；12、小齿轮；13、减速器输入轴；14、天窗；15、望远镜正北基线；16、圆顶的不动轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例提供一种用于圆顶方位角度的计量装置，该装置主要包括减速器1、皮带2、皮带轮主动轮3、磁钢4、第一霍尔传感器5、第二霍尔传感器6、皮带轮从动轮7、圆顶8、零点检测开关9、挡片10、减速器输出轴11、小齿轮12、减速器输入轴13。

圆顶方位传动系统的工作过程：首先，安装于伺服电机上的皮带轮主动轮3通过皮带2带动安装于减速器输入轴13上的皮带轮从动轮7旋转，同时减速器输入轴13通过减速器1带动减速器安装于减速器输出轴11上的小齿轮，紧接着通过小齿轮12和圆顶8上齿条啮合的传动装置，带动圆顶8的同步旋转。本实施例的传动系统只是对现有传动系统的举例，并不用以限制传动系统的结构，当传动系统仅包含一个传动轮时，电机同样可以通过驱动传动轮直接驱动圆顶8同步旋转。

在皮带轮从动轮7的圆周上(或皮带轮从动轮7的转轴的圆周上)某一位置贴一磁钢4，在其附近位置固定安装第一霍尔传感器5和第二霍尔传感器6，两个霍尔传感器应该保持一定的距离，以确保磁钢随着皮带轮从动轮7同步旋转时两霍尔传感器检测到对应有效信号的先后顺序。可以理解的，当传动系统仅包含一个传动轮时，磁钢4安装于该传动轮的圆周或传动轮转轴的圆周上，两个霍尔传感器固定于该传动轮外。另外，在圆顶8旋转轴的圆周上(或圆顶8的圆周上)某一合适位置安装有挡片10，圆顶8旋转轴外(或圆顶8外)安装有零点检测开关9，挡片10具有一定宽度和厚度，以确保其与零点检测开关9接触时可靠连接。具体的，本实施例中的零点检测开关9按照图2所示安装。图中的虚线作为圆顶的理论基准中心线，也就是正北方向(即望远镜正北基线15)，可利用铅垂线法确定，当太阳经过圆顶正南方向时，铅垂线沿着圆顶中心的投影线作为正北基准线。天窗14随着圆顶旋转轴同步旋转。在圆顶旋转轴上安装一挡片10，沿圆顶旋转轴外的圆顶不动轴16周边合适区域安装零点检测开关9，当圆顶旋转至正北位置时，天窗14的中心线和圆顶的望远镜正北基线15重合，此时挡片10与零点检测开关9接触。

第一霍尔传感器5的输出信号、第二霍尔传感器6的输出信号、零点检测开关9的输出信号分别接入微处理器的外部中断0、外部中断口1、外部中断2等输入端口，这里可以定义有效信号统一为高电平信号，反之亦可。

基于上述装置一种用于圆顶脉冲当量的实现方法，包括：

步骤1：微处理器程序初始化，将第一霍尔传感器5、第二霍尔传感器6与零点检测开关同时设置成下拉模式，并开启其对应的外部中断口。

步骤2：利用上述两霍尔传感器检测信号的状态来判断圆顶的旋转方向，磁钢经过第一霍尔传感器5、第二霍尔传感器6时，若第一霍尔传感器5相比第二霍尔传感器6先检测到信号的变化，则圆顶逆时针旋转，若第一霍尔传感器5相比第二霍尔传感器5后检测到信号的变化，则圆顶顺时针旋转。

步骤3：N记为第一霍尔传感器5、第二霍尔传感器6计数脉冲，当圆顶顺时针连续旋转时，第一霍尔传感器5或第二霍尔传感器6中的任意一个检测到磁钢的有效高电平信号时，且一直增加；当圆顶逆时针连续旋转时，第一霍尔传感器5或第二霍尔传感器6中的任意一个检测到磁钢的有效高电平信号时，计数脉冲N减1，且一直减小。

步骤4：初始将圆顶朝某一方向旋转，当零点检测开关9第一次检测到传感器有效高电平信号时，将计数器N清零；继续旋转，当第二次检测到有效高电平信号时，将当前计数器值N记为N1，N1作为圆顶方位旋转一圈的总脉冲数，同时将计数器N清零。

步骤5：根据圆顶一圈总脉冲数，即可得到圆顶方位的脉冲当量：

单位为角秒。

步骤6：当圆顶再次旋转时，将当前计数器值N记为N2，利用霍尔传感器及磁钢来判断圆顶的旋转方向，当圆顶顺时针旋转时，脉冲数N2一直增加；当圆顶逆时针旋转时，脉冲数N2一直减小，得到当前圆顶方位角度，

实现了圆顶方位的角度计量。

为了进一步优化本方案，通过在皮带轮从动轮7上增加霍尔传感器或磁钢的数量，减小脉冲当量，提高圆顶方位的角度分辨率。安装磁钢时应注意均匀分布，以提高脉冲当量的精度。

综上所述，发明提供了一种用于圆顶方位角度的计量装置及方法。安装于圆顶方位传动系统中的角度检测元件及圆顶外轮廓的零点检测开关构成了圆顶方位角度的计量装置。利用该装置实现圆顶方位角度的计量方法：1)利用两霍尔传感器检测磁钢信号先后顺序来判断圆顶的旋转方向；(2)初始圆顶朝某一方向旋转，当第一次检测到零位开关有效信号时，计数器N清零即N＝0；(2)继续同向旋转，当第二次检测到零位开关有效信号时，将当前计数器值N记为N1，其作为圆顶方位一圈的总脉冲数，同时将计数器N清零；(3)根据圆顶一圈总脉冲数，得到圆顶方位计量系统的脉冲当量：

单位为角秒；(4)当圆顶再次旋转时，将当前计数器值N记为N2，当圆顶顺时针旋转时，脉冲数N2一直增加；当圆顶逆时针旋转时，脉冲数N2一直减小，得到当前圆顶方位角度，

实现了圆顶方位的角度计量。该圆顶方位角度的计量方法及计量装置能有效解决现有技术中圆顶方位角度计量装置复杂或计量不准确的问题，即使是在传动装置传动比未知或精度较差的情况下，仍可以准确计量出圆顶方位的角度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于圆顶方位角度的计量装置，包括电机、传动轮、圆顶，所述电机通过传动轮将转矩传递给圆顶，其特征在于，所述传动轮处至少设置有一套磁感应机构，所述磁感应机构包括安装于传动轮的圆周或传动轮转轴的圆周上的磁钢以及固定于传动轮外的两个霍尔传感器，两霍尔传感器沿周向间隔布置，间隔距离使得磁钢随传动轮或传动轮转轴同步旋转时两个霍尔传感器检测到对应有效信号的先后顺序，所述圆顶处设置有零点检测机构，所述零点检测机构包括安装于圆顶的圆周或圆顶转轴的圆周上的挡片以及固定于圆顶外的零点检测开关，当所述挡片随圆顶或圆顶转轴同步旋转至零点检测开关对应位置时，挡片与零点检测开关接触连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于圆顶方位角度的计量装置，其特征在于，其中一个霍尔传感器的输出信号、另一个霍尔传感器的输出信号、零点检测开关的输出信号分别接入微处理器的外部中断0、外部中断口1、外部中断2输入端口。

3.根据权利要求1所述的一种用于圆顶方位角度的计量装置，其特征在于，所述传动轮包括皮带轮主动轮、皮带轮从动轮，所述皮带轮主动轮由电机驱动旋转，皮带轮主动轮和皮带轮从动轮通过皮带传动，所述磁感应机构设置于皮带轮从动轮处。

4.根据权利要求1所述的一种用于圆顶方位角度的计量装置，其特征在于，还包括减速器，所述减速器具有减速器输入轴和减速器输出轴，所述传动轮安装于减速器输入轴上，减速器输出轴上安装有小齿轮，所述圆周或圆顶转轴上固定设置有沿周向延伸的齿条，所述小齿轮与齿条啮合安装。

5.基于权利要求1-4中任意一项所述计量装置的用于圆顶方位角度的计量方法，其特征在于，包括：

步骤1：将第一霍尔传感器、第二霍尔传感器与零点检测开关同时设置成下拉模式，并开启其对应的外部中断口；

步骤2：利用两霍尔传感器检测信号的状态来判断圆顶的旋转方向；

当磁钢经过第一霍尔传感器、第二霍尔传感器时，若第二霍尔传感器相比第一霍尔传感器先检测到信号的变化，则圆顶顺时针旋转，若第二霍尔传感器相比第一霍尔传感器后检测到信号的变化，则圆顶逆时针旋转；

步骤3：N记为两个霍尔传感器的计数脉冲，当圆顶顺时针连续旋转时，两霍尔传感器中任意一个检测到磁钢的有效信号时，计数脉冲N加1，且一直增加，当圆顶逆时针连续旋转时，两霍尔传感器中任意一个检测到磁钢的有效信号时，计数脉冲N减去1，且一直减小；

步骤4：初始将圆顶朝某一方向旋转，当零点检测开关第一次检测到有效信号时，将计数器N清零；继续旋转，当第二次检测到有效信号时，将当前计数器值N记为N1，N1作为圆顶方位旋转一圈的总脉冲数，同时将计数器N清零；

步骤5：根据圆顶一圈总脉冲数，即可得到圆顶方位的脉冲当量：

单位为角秒；

步骤6：当圆顶再次旋转时，将当前计数器值N记为N2，利用两霍尔传感器及磁钢来判断圆顶的旋转方向；当圆顶顺时针旋转时，脉冲数N2一直增加；当圆顶逆时针旋转时，脉冲数N2一直减小，得到当前圆顶方位角度，

实现了圆顶方位的角度计量。

6.根据权利要求5所述的计量方法，其特征在于，通过在传动轮处增加霍尔传感器或磁钢的数量减小脉冲当量。

7.根据权利要求6所述的计量方法，其特征在于，安装多个磁钢时，磁钢为均匀分布。

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