CN115752645B - 一种旋转透镜型雷达物位仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转透镜型雷达物位仪，涉及3D雷达物位仪技术领域，解决了现有雷达本体需要一直运动改变扫描方位，导致测量稳定性较差，同时阵列多测点式多个雷达测量单元集成在一个物位仪上造成体积较大，具体方案如下：一种旋转透镜型雷达物位仪，包括法兰，法兰顶部固定有雷达测量单元，底部设有透镜，法兰底部连接电机安装板，电机安装板底部固定上齿轮组和下齿轮组，上齿轮组包括上大齿轮，下齿轮组包括位于上大齿轮底部的下大齿轮，上大齿轮内侧固定上介质劈，下大齿轮内侧固定下介质劈；电机安装板上设有驱动机构，驱动机构带动上大齿轮和下大齿轮运动，间接带动上介质劈和下介质劈相对转动以完成雷达波束的水平和俯仰角度变换。

Description

一种旋转透镜型雷达物位仪

技术领域

本发明涉及雷达物位仪技术领域，尤其是涉及一种旋转透镜型雷达物位仪。

背景技术

3D雷达物位仪一般是基于在多个方向上发射调频连续波进行物位测量的仪器。随着工业自动化智能化的发展，3D测量在物位测量场合需求的越来越多，目前3D雷达物位仪主要采用单点循环扫描式和阵列多测点式两种方式制造。

单点循环扫描式3D雷达物位仪，一般采用类似云台的机械结构，需要控制一个单点雷达进行水平和俯仰方向多角度扫描。但其存在机械结构复杂，同时雷达本体需要一直运动以改变扫描方位，这种雷达本体不断运动的方式导致测量稳定性较差。而阵列多测点式的3D雷达物位仪采用多个雷达测量单元同时对多个目标进行测量的方法，虽然测量周期比较快，但是由于集成了多个雷达测量点，但是多个雷达测量单元集成在一个3D雷达物位仪上，导致其体积较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种旋转透镜型雷达物位仪，解决现有技术中雷达本体需要一直运动改变扫描方位，导致测量稳定性较差，同时阵列多测点式多个雷达测量单元集成在一个物位仪上造成体积较大的技术问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种旋转透镜型雷达物位仪，包括法兰，法兰顶部固定有雷达测量单元，底部设有透镜，法兰底部通过电机安装板固定上齿轮组和下齿轮组，上齿轮组和下齿轮组内侧均固定介质劈；

电机驱动板通过驱动机构带动上齿轮组和下齿轮组运动，间接带动对应介质劈相对转动以完成雷达波束的水平和俯仰角度变换。

通过上介质劈和下介质劈来精确控制雷达测量单元的光束的俯仰、方位方向，整个过程中雷达测量单元位置始终保持不变，保证了测量时的稳定性。

作为进一步的实现方式，所述雷达测量单元和透镜设于法兰中心位置，所述法兰中心位置开孔，上齿轮组包括上大齿轮，下齿轮组包括位于上大齿轮底部的下大齿轮。

作为进一步的实现方式，所述法兰与电机安装板通过支撑杆连接，所述电机安装板周侧设置防护罩，防护罩固定于法兰底部，防护罩底部设置透波挡板。

作为进一步的实现方式，所述驱动机构包括位于电机安装板上的上齿轮电机和下齿轮电机，上齿轮电机和下齿轮电机位于电机安装板两端。

作为进一步的实现方式，所述上齿轮电机输出端穿过电机安装板设置上小齿轮，上小齿轮与上大齿轮啮合，上大齿轮靠近底部周侧设有上轴承座，上轴承座通过支撑杆与电机安装板固定连接，上轴承座与上大齿轮之间设有上轴承。

作为进一步的实现方式，所述下齿轮电机输出端连接下小齿轮，下小齿轮与下大齿轮啮合，下大齿轮靠近底部周侧设有下轴承座，下轴承座通过支撑杆与上轴承座固定连接，下轴承座与下大齿轮之间设有下轴承。

作为进一步的实现方式，所述电机安装板一侧设有上限位传感器，所述下轴承座上设有下限位传感器。

作为进一步的实现方式，所述上大齿轮设有上限位挡块，所述下大齿轮设有下限位挡块；

所述上轴承座上设有限位挡板，用于配合限位挡块实现上介质劈和下介质劈零点定位。

作为进一步的实现方式，所述雷达测量单元一侧设有电机驱动单元，电机驱动单元连接驱动机构；

电机驱动单元顶部设有数据处理单元，数据处理单元连接电机驱动单元和雷达测量单元。

作为进一步的实现方式，所述雷达测量单元、电机驱动单元、数据处理单元外侧设有连接法兰的上盖；

所述上盖外侧面设有接线腔外壳、蓝牙天线、电气接口和工作指示灯。

上述本发明的有益效果如下：

1.本发明上大齿轮内侧固定上介质劈，下大齿轮内侧固定下介质劈，通过驱动机构带动齿轮组转动，进而完成上介质劈和下介质劈相对转动，通过上介质劈和下介质劈来精确控制雷达测量单元的光束的俯仰、方位方向，整个过程中雷达测量单元位置始终保持不变，保证了测量时的稳定性；同时雷达物位仪的体积小，便于携带，应用方便。

2.本发明通过设置限位挡块、限位传感器的设置，保证了零点位置的校准操作，能消除机械传动部分的角度累计误差。

3.本发明的轴承座和轴承的设置，保证了上大齿轮和下大齿轮转动过程中的稳定性，齿轮不会发生偏移，进而保证上介质劈和下介质劈的转动精度，保证雷达波束的方向调节精准。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例中一种旋转透镜型雷达物位仪的整体结构示意图。

图2是本发明实施例中一种旋转透镜型雷达物位仪的爆炸结构示意图。

图3是本发明实施例中一种旋转透镜型雷达物位仪的结构剖视示意图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1.电机安装板，2.法兰，3.上齿轮电机，4.下齿轮电机，5.支撑杆，6.上轴承座，7.下轴承座，8.下小齿轮，9.下大齿轮，10.上小齿轮，11.上大齿轮，12.上限位传感器，13.下限位传感器，14.数据处理单元，15.电机驱动单元，16.上盖，17.接线腔外壳，18.雷达测量单元，19.防护罩，20.透波挡板，21.上介质劈，22.蓝牙天线，23.电气接口，24.工作指示灯，25.下介质劈；4-1.联轴器，6-1.上轴承，7-1.下轴承。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例一

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1-图3所示，一种旋转透镜型雷达物位仪，包括法兰2，法兰2顶部安装有上盖16，上盖16内的法兰顶部中心位置固定有雷达测量单元18，雷达测量单元18通过螺钉与法兰2固定。法兰2底部中心位置安装透镜，法兰2中心位置开孔。雷达测量单元内设有雷达，雷达发射的雷达波束能够穿过开孔和透镜。

进一步的，法兰2底部与防护罩19固定连接，在防护罩19内设有固定在法兰2底部的电机安装板1，电机安装板1和法兰2均为圆形且同轴设置，法兰2与电机安装板1具有设定距离且通过支撑杆5连接，电机安装板1中心位置开孔，开孔位置用于配合透镜，防止电机安装板1阻挡雷达波束。多个支撑杆5两端与电机安装板1的周侧和法兰2靠近周侧部分固定连接，法兰2的直径大于电机安装板1的直径。

防护罩19底部设置透波挡板20，透波挡板20的设置，保证旋转透镜型3D雷达物位仪底部密封，同时能够使得雷达波束从透波挡板20穿过，对物体进行扫描。

如图2和图3所示，电机安装板1底部固定上齿轮组和下齿轮组，上齿轮组包括上大齿轮11、上小齿轮10。下齿轮组包括下大齿轮9、下小齿轮8。下大齿轮9位于上大齿轮11底部，并且二者同轴设置，二者大小相同，二者可相对转动，互不影响。

进一步的，上大齿轮11和下大齿轮9均具有设定高度，两个齿轮内侧中空设置，两个齿轮周侧靠近顶部为齿状结构，靠近底部周侧不设置轮齿。不设置轮齿的部分用于配合轴承。

具体的，电机安装板1底部设有上轴承座6，上轴承座6底部设有下轴承座7。上轴承座6和下轴承座7均为圆环状，上轴承座6内侧配合上轴承6-1，下轴承座7内侧配合下轴承7-1，上轴承6-1内侧配合上大齿轮11，下轴承7-1内侧配合下大齿轮9。

轴承座和轴承的设置，保证了上大齿轮11和下大齿轮9转动时不发生偏移，保证齿轮的转动稳定性。

上大齿轮11内侧固定上介质劈21，下大齿轮9内侧固定下介质劈25。上下介质劈为30°介质劈。上下介质劈的相对位置改变，能够进而改变雷达波束的发射方向，进而达到调节雷达波束的水平和俯仰方向的作用。

如图2所示，电机安装板1上设有驱动机构，驱动机构带动上大齿轮11和下大齿轮9运动，间接带动上介质劈21和下介质劈25相对转动，实现雷达波束的水平和俯仰角度变换，所述驱动机构包括位于电机安装板1上的上齿轮电机3和下齿轮电机4，上齿轮电机3和下齿轮电机4位于电机安装板顶部1两端且相对设置。

上轴承座6和下轴承座7通过支撑杆5固定相连，支撑杆5顶部连接电机安装板1，支撑杆5底部连接下轴承座7，支撑杆5中部位置与上轴承座6固定连接。

上齿轮电机3输出端穿过电机安装板1设置上小齿轮10，上小齿轮10与上大齿轮11啮合。

下齿轮电机4输出端穿过电机安装板1并通过联轴器4-1连接下小齿轮8，下小齿轮8与下大齿轮9啮合。上齿轮电机3和下齿轮电机4的转动，能够带动上大齿轮11和下大齿轮9转动，进而改变上介质劈21和下介质劈25的相对位置，达到调节雷达波束的水平和俯仰方向的目的。

为了在装置使用前对雷达波束进行零点定位，电机安装板1一侧设有上限位传感器12，所述下轴承座7上设有下限位传感器13。上大齿轮11设有上限位挡块，所述下大齿轮9设有下限位挡块；上轴承座6上设有限位挡板，用于配合限位挡块实现上介质劈21和下介质劈25零点定位。

当上限位挡板和下限位挡板与对应的上限位挡块和下限位挡块相遇后，上限位传感器12和下限位传感器13能够检测到信号，控制驱动机构停止，此时为雷达物位仪的零点位置。

具体的，雷达测量单元18一侧设有电机驱动单元15，电机驱动单元15连接驱动机构，雷达测量单元18包括板载天线、雷达信号处理电路，透镜天线。

电机驱动单元15顶部设有数据处理单元14，数据处理单元14连接电机驱动单元和雷达测量单元。

雷达测量单元18、电机驱动单元15、数据处理单元14外侧设有连接法兰2的上盖16；所述上盖外侧面设有接线腔外壳17、蓝牙天线22、电气接口23和工作指示灯24。蓝牙天线22用于数据传输，工作指示灯24用于显示装置工作状态。

电机驱动单元15包含电源变换，电机驱动和步进电机三部分，电源变换部分将外部的输入电压通过电压转换器转换成符合系统要求的较低幅值电压。电机驱动部分根据接收到的水平、俯仰角度指令，换算成上介质劈和下介质劈的控制电机对应的电机运转步数，通过驱动电路驱动电机运转。

数据处理单元14通过内部数据总线，对雷达测量单元18和电机驱动单元15的数据进行采集，将采集到的所有数据打包发送给上位机，由上位机进行数据处理。或者，数据处理单元可以同时进行数据采集和数据处理任务。此外，数据处理单元包含与外部设备通讯的各种接口，比如工业485接口，电流模拟量输出等。

当上限位挡块与限位挡板重合、相遇后，上限位传感器检测到信号，将信号发送给数据处理单元，数据处理单元控制电机驱动单元，电机驱动单元控制上齿轮电机停止工作。

当下限位挡块与限位挡板重合、相遇后，下限位传感器检测到信号，将信号发送给数据处理单元，数据处理单元控制电机驱动单元，电机驱动单元控制下齿轮电机停止工作，此时为仪器的零点位置。

具体的，上小齿轮10与上大齿轮11啮合，上齿轮电机3转动带动上大齿轮11转动，同时上介质劈21随之转动。下小齿轮8与下大齿轮9啮合，下齿轮电机4转动带动下大齿轮9转动，同时下介质劈25随之转动。

通过上齿轮电机3转动改变上下介质劈相对位置，从而实现雷达测量单元发射的雷达波束通过折射按指定角度照射，从而得到指定点的距离，通过连续改变雷达波束方向，得到多点实时物位。

雷达发射波束扫描角度的控制分为水平角度控制和俯仰角度控制。目前使用30°介质劈，上介质劈与下介质劈平行时，雷达波束不折射垂直发射。下介质劈不动，上介质劈转动180°雷达波束角度为俯仰30°，即上介质劈转动6°，俯仰1°。当上介质劈转动30°，俯仰角为5°，此时上下介质劈同时转动完成俯仰5°内的方位扫描。上下限位挡板与上下限位接触时为介质劈平行位置，即零位。当上介质劈与下介质劈同时移动时，雷达波束进行水平方向的移动。

工作过程中，当上、下介质劈通过各自对应的上、下限位传感器时，都需要做一次位置校准操作，以消除机械传动部分的角度累计误差；上、下介质劈和的材料可以选择PEEK或PEI。透波挡板采用平面结构，减少光束透过挡板时的插入损耗。

需要说明的是，本实施例的上和下代表如图2所示的雷达物位仪保持竖立放置状态下的方位。

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 (7)

1.一种旋转透镜型雷达物位仪，其特征在于，包括法兰，法兰顶部固定有雷达测量单元，底部设有透镜，法兰底部通过电机安装板固定上齿轮组和下齿轮组，上齿轮组和下齿轮组内侧均固定介质劈；

电机驱动板通过驱动机构带动上齿轮组和下齿轮组运动，间接带动对应介质劈相对转动以完成雷达波束的水平和俯仰角度变换；

所述雷达测量单元和透镜设于法兰中心位置，所述法兰中心位置开孔，上齿轮组包括上大齿轮，下齿轮组包括位于上大齿轮底部的下大齿轮；

所述驱动机构包括位于电机安装板上的上齿轮电机和下齿轮电机，上齿轮电机和下齿轮电机位于电机安装板两端；

所述上齿轮电机输出端穿过电机安装板设置上小齿轮，上小齿轮与上大齿轮啮合，上大齿轮靠近底部周侧设有上轴承座，上轴承座通过支撑杆与电机安装板固定连接，上轴承座与上大齿轮之间设有上轴承。

2.根据权利要求1所述的一种旋转透镜型雷达物位仪，其特征在于，所述法兰与电机安装板通过支撑杆连接，所述电机安装板周侧设置防护罩，防护罩固定于法兰底部，防护罩底部设置透波挡板。

3.根据权利要求1所述的一种旋转透镜型雷达物位仪，其特征在于，所述下齿轮电机输出端连接下小齿轮，下小齿轮与下大齿轮啮合，下大齿轮靠近底部周侧设有下轴承座，下轴承座通过支撑杆与上轴承座固定连接，下轴承座与下大齿轮之间设有下轴承。

4.根据权利要求3所述的一种旋转透镜型雷达物位仪，其特征在于，所述电机安装板一侧设有上限位传感器，所述下轴承座上设有下限位传感器。

5.根据权利要求4所述的一种旋转透镜型雷达物位仪，其特征在于，所述上大齿轮设有上限位挡块，所述下大齿轮设有下限位挡块；

所述上轴承座上设有限位挡板，用于配合限位挡块实现上介质劈和下介质劈零点定位。

6.根据权利要求1所述的一种旋转透镜型雷达物位仪，其特征在于，所述雷达测量单元一侧设有电机驱动单元，电机驱动单元连接驱动机构；

电机驱动单元顶部设有数据处理单元，数据处理单元连接电机驱动单元和雷达测量单元。

7.根据权利要求6所述的一种旋转透镜型雷达物位仪，其特征在于，所述雷达测量单元、电机驱动单元、数据处理单元外侧设有连接法兰的上盖；

所述上盖外侧面设有接线腔外壳、蓝牙天线、电气接口和工作指示灯。