CN205608209U - 具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，涉及航洋重力测量领域。该系统包括控制装置、数据采集装置以及电机，数据采集装置包括加速度计和加速度模数转换电路，加速度计用于检测海洋重力仪稳定平台的加速度的变化，并将此加速度变化值通过加速度模数转换电路转换为电信号，控制装置用于接收数据采集装置采集的电信号，并依据电信号按照预先设定的算法计算，控制电机转动；加速度模数转换电路包括积分器、比较器以及逻辑电路，加速度计、积分器、比较器以及逻辑电路依次连接。该系统能够调整海洋重力仪稳定平台的水平位置，使海洋重力仪与地垂线保持平行，从而提高海洋重力仪的测量精度。

Description

具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控 制系统

技术领域

本实用新型涉及航洋重力测量领域，具体而言，涉及一种具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统。

背景技术

海洋重力仪是船舰上或潜水艇内使用的重力仪。在海洋中匀速直线航行条件下，连续地进行重力测量，由于仪器安放在运动的船体上，经常会受到舰船等载体的俯仰和横滚等角运动，以及垂直加速度、水平加速度、基座倾斜等影响，重力测量的精度会降低。因此，调整海洋重力仪的位置，使之与地垂线保持平行成为了目前海洋重力测量的难题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，以改善现有技术中高海洋重力仪的测量不准确的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，包括控制装置、数据采集装置以及电机，所述数据采集装置包括加速度计和加速度模数转换电路，所述加速度计用于检测海洋重力仪稳定平台的加速度的变化，并将此加速度变化值通过所述加速度模数转换电路转换为电信号，所述控制装置用于接收所述数据采集装置采集的电信号，并依据所述电信号按照预先设定的算法计算，控制所述电机转动，以调整海洋重力仪稳定平台的水平位置；

所述加速度模数转换电路包括积分器、比较器以及逻辑电路，所述加速度计、所述积分器、所述比较器以及所述逻辑电路依次连接，所述积分器用于将加速度计的输出电流积分后变成三角波；所述比较器用于将所述三角波与锯齿波进行比较，并产生一个宽度随输入信号变化的第一调宽方波；所述逻辑电路用于将所述第一调宽方波进行二次调宽后得到第二调宽方波并输出。

优选的，所述逻辑电路将所述第二调宽方波对所述积分器施加反馈电流，用于平衡外输入电流，使整个加速度模数转换电路处于动态平衡状态。

优选的，所述逻辑电路与所述积分器之间还连接有电子开关。

优选的，所述加速度模数转换电路还包括频率源，所述频率源与所述比较器连接，用于生成所述锯齿波。

优选的，所述海洋重力仪稳定平台包括基座、框架和台体，所述台体用于安装海洋重力仪，所述框架可转动地连接于所述基座的容纳腔内，所述基座设置有用于驱动所述框架转动的第一电机，所述台体可转动地连接于所述基座，所述框架设置有用于驱动所述台体转动的第二电机。

优选的，所述加速度计检测到海洋重力仪稳定平台的加速度的变化时，产生输出信号，所述输出信号经功率放大模块放大，再输出到所述加速度模数转换电路。

优选的，所述数据采集装置包括陀螺仪传感器，所述陀螺仪传感器设置于所述台体，所述陀螺仪传感器用于感测所述台体的偏移角度并输出与偏移角度匹配的陀螺仪信号，所述控制装置包括数字控制模块，所述数字控制模块与所述陀螺仪传感器、第一电机、第二电机电连接，所述数字控制模块用于接收所述陀螺仪信号，并依据该陀螺仪信号按照预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。

优选的，所述控制装置还用于判断所述数据采集装置采集的电信号是否在预设的范围内，当该电信号超出预设的范围，所述控制装置切断所述第一电机和第二电机的所述电源。

优选的，所述控制装置通过继电器切断所述第一电机和第二电机的电源。

优选的，所述第一电机和所述第二电机均为力矩电机。

相对于现有技术，本实用新型包括以下有益效果：

本实用新型提供的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统包括控制装置和数据采集装置，控制装置与所述数据采集装置和海洋重力仪稳定平台的电机电连接。所述数据采集装置包括加速度计和加速度模数转换电路，所述加速度计用于检测海洋重力仪稳定平台的加速度的变化，并将此加速度变化值通过所述加速度模数转换电路转换为电信号，所述控制装置接收加速度模数转换电路转换的电信号，并依据所述电信号按照预先设定的算法计算，控制所述电机转动，以调整海洋重力仪稳定平台的水平位置，使海洋重力仪与地垂线保持平行，从而提高海洋重力仪的测量精度。

其中，加速度模数转换电路的作用是船舶在运动过程中，将加速度计敏感的模拟信号转换为数字脉冲信号，其转换精度将直接影响重力仪稳定平台的调平精度。该电路是将加速度计的输出电流积分后变成三角波，与锯齿波进行比较，产生一个宽度随输入信号变化的方波，逻辑电路将调宽方波进行二次调宽后输出，同时二次调宽后的调宽方波通过电子开关对积分器施加反馈电流，平衡外输入电流，使系统始终处于动态平衡状态。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例所提供的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例所提供的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统的功能模块架构图。

图3是本实用新型实施例所提供的加速度模数转换电路的功能模块架构图。

其中附图标记汇总如下：

控制装置101；数据采集装置102；第一电机103；第二电机104；基座105；容纳腔106；台体107；陀螺仪传感器108；数字控制模块109；第一角度传感器110；第二角度传感器111；加速度计112；框架113；加速度模数转换电路200；积分器201；比较器202；逻辑电路203；频率源204；电子开关205；海洋重力仪300。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，是本实用新型实施例所提供的海洋重力仪稳定平台的结构示意图。本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台用于隔离舰船等载体的俯仰和横滚等角运动，使得海洋重力仪始终保持与地垂线水平，不受水平加速度的影响，从而提高海洋重力仪300的测量精度。本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台包括基座105、框架113和台体107，台体107用于安装海洋重力仪300。

其中，基座105设置有容纳腔106，容纳腔106可以为各种形状，比如圆形、长方形、多边形等等，本实用新型实施例对此不做限定。框架113转动连接于容纳腔106内，基座105还设置有第一电机103，该第一电机103可以驱动框架113进行旋转。框架113设置有第二电机104，该第二电机104可以驱动台体107进行旋转。框架113相对于基座105旋转的旋转轴与台体107相对于框架113旋转的旋转轴垂直，即框架113与台体107旋转的方向相互垂直。这里的旋转轴可以理解为虚拟的轴，即框架113相对于基座105转动所围绕的轴线和台体107相对于框架113转动所围绕的轴线。

优选地，第一电机103与第二电机104均为力矩电机。力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机，这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力，其具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点，可直接驱动负载省去减速传动齿轮，从而提高了系统的运行精度。

请结合图1和图2进行参考，图2是本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台控制系统的功能模块架构图。本实用新型实施例提供的海洋重力仪稳定平台控制系统包括控制装置101和数据采集装置102。所述数据采集装置102用于采集表征所述海洋重力仪稳定平台发生偏移的电信号。所述数据采集装置102包括加速度计112、陀螺仪传感器108、第一角度传感器110和第二角度传感器111。加速度计112和陀螺仪传感器108均设置于台体107，第一角度传感器110设置于海洋重力仪稳定平台的基座105，第二角度传感器111设置于框架113。

优选地，陀螺仪传感器108为光纤陀螺，加速度计112为石英加速度计112。光纤陀螺零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的抗冲击和抗加速运动的能力；绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好几个数量级；无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的使用寿命；易于采用集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字输出，并与计算机接口联接；通过改变光纤的长度或光在线圈中的循环传播次数，可以实现不同的精度，并具有较宽的动态范围；相干光束的传播时间短，因而原理上可瞬间启动，无需预热；结构简单、价格低，体积小、重量轻。石英加速度计112结构简单、体积小、响应快、灵敏度高。

所述控制装置101包括加速度模数转换电路200和数字控制模块109，加速度模数转换电路200与加速度计112电连接。加速度模数转换电路200用于将加速度计112输出的加速度模拟信号转换为数字脉冲信号。

请参考图3，是本实用新型实施例所提供的加速度模数转换电路200的功能模块架构图。加速度模数转换电路200包括积分器201、比较器202以及逻辑电路203，所述加速度计112、所述积分器201、所述比较器202以及所述逻辑电路203依次连接。

所述积分器201用于将加速度计112的输出电流积分后变成三角波；所述比较器202用于将所述三角波与锯齿波进行比较，并产生一个宽度随输入信号变化的第一调宽方波；所述逻辑电路203用于将所述第一调宽方波进行二次调宽后得到第二调宽方波并输出至所述数字控制模块109。

为了调平的提高准确性，加速度模数转换电路200将模拟信号转换为数字信号的过程也需要提高准确性。优选的，所述逻辑电路203将所述第二调宽方波对所述积分器201施加反馈电流，用于平衡外输入电流，使整个加速度模数转换电路200处于动态平衡状态，提高准确性。

本实施例中，所述逻辑电路203与所述积分器201之间还可以设置电子开关205，以便更好的进行控制。所述比较器202连接有频率源204，所述频率源204用于生成所述锯齿波。

加速度模数转换电路200的作用是船舶在运动过程中，将加速度计112敏感的模拟信号转换为数字脉冲信号，其转换精度将直接影响重力仪稳定平台的调平精度。该电路是将加速度计112的输出电流积分后变成三角波，与锯齿波进行比较，产生一个宽度随输入信号变化的方波，逻辑电路203将调宽方波进行二次调宽后输出，同时二次调宽后的调宽方波通过电子开关205对积分器201施加反馈电流，平衡外输入电流，使系统始终处于动态平衡状态。

请再参考图2，所述控制装置101用于接收数据采集装置102采集的电信号，并依据该电信号按照预先设定的算法计算，控制第一电机103和第二电机104转动，以调整框架113和台体107的水平位置，以使海洋重力仪300与地垂线保持平行。

其中，数据采集装置102采集的电信号包括加速度计112感测到台体107的加速度后输出的与加速度匹配的加速度模拟信号，还可以包括陀螺仪传感器108感测到台体107的偏移角度后输出的与偏移角度匹配的陀螺仪信号、第一角度传感器110感测到框架113的旋转角度后输出的与旋转角度匹配的角度电信号、第二角度传感器111感测到台体107的旋转角度后输出的与旋转角度匹配的角度电信号。

数字控制模块109与加速度模数转换电路200、陀螺仪传感器108、第一角度传感器110、第二角度传感器111、第一电机103、第二电机104电连接。数字控制模块109用于接收加速度模数转换电路200输出的数字脉冲信号、陀螺仪传感器108输出的陀螺仪信号、第一角度传感器110和第二角度传感器111输出的角度电信号，然后依据以上接收到的信号按照预先设定的算法计算，向第一电机103和第二电机104输出控制信号，控制第一电机103和第二电机104转动，以调整框架113和台体107的水平位置，以使海洋重力仪300与地垂线保持平行，从而提高海洋重力仪300的测量精度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。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定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

Claims (10)

1.一种具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，包括控制装置、数据采集装置以及电机，所述数据采集装置包括加速度计和加速度模数转换电路，所述加速度计用于检测海洋重力仪稳定平台的加速度的变化，并将此加速度变化值通过所述加速度模数转换电路转换为电信号，所述控制装置用于接收所述数据采集装置采集的电信号，并依据所述电信号按照预先设定的算法计算，控制所述电机转动，以调整海洋重力仪稳定平台的水平位置；

所述加速度模数转换电路包括积分器、比较器以及逻辑电路，所述加速度计、所述积分器、所述比较器以及所述逻辑电路依次连接，所述积分器用于将加速度计的输出电流积分后变成三角波；所述比较器用于将所述三角波与锯齿波进行比较，并产生一个宽度随输入信号变化的第一调宽方波；所述逻辑电路用于将所述第一调宽方波进行二次调宽后得到第二调宽方波并输出。

2.根据权利要求1所述的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述逻辑电路将所述第二调宽方波对所述积分器施加反馈电流，用于平衡外输入电流，使整个加速度模数转换电路处于动态平衡状态。

3.根据权利要求2所述的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述逻辑电路与所述积分器之间还连接有电子开关。

4.根据权利要求1所述的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述加速度模数转换电路还包括频率源，所述频率源与所述比较器连接，用于生成所述锯齿波。

5.根据权利要求1所述的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪 稳定平台控制系统，其特征在于，所述海洋重力仪稳定平台包括基座、框架和台体，所述台体用于安装海洋重力仪，所述框架可转动地连接于所述基座的容纳腔内，所述基座设置有用于驱动所述框架转动的第一电机，所述台体可转动地连接于所述基座，所述框架设置有用于驱动所述台体转动的第二电机。

6.根据权利要求5所述的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述加速度计检测到海洋重力仪稳定平台的加速度的变化时，产生输出信号，所述输出信号经功率放大模块放大，再输出到所述加速度模数转换电路。

7.根据权利要求6所述的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述数据采集装置包括陀螺仪传感器，所述陀螺仪传感器设置于所述台体，所述陀螺仪传感器用于感测所述台体的偏移角度并输出与偏移角度匹配的陀螺仪信号，所述控制装置包括数字控制模块，所述数字控制模块与所述陀螺仪传感器、第一电机、第二电机电连接，所述数字控制模块用于接收所述陀螺仪信号，并依据该陀螺仪信号按照预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。

8.根据权利要求5所述的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述控制装置还用于判断所述数据采集装置采集的电信号是否在预设的范围内，当该电信号超出预设的范围，所述控制装置切断所述第一电机和第二电机的电源。

9.根据权利要求8所述的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述控制装置通过继电器切断所述第一电机和第二电机的电源。

10.根据权利要求5所述的具有加速度模数转换电路的海洋重力仪稳定平台控制系统，其特征在于，所述第一电机和所述第二电机均 为力矩电机。