專利名稱：拉線式測(cè)角系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型拉線式測(cè)角系統(tǒng)涉及的是一種基于高精度拉線式編碼傳感器的測(cè)角系統(tǒng)，特別是一種應(yīng)用于間瞄火炮身管旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的裝置。其功能是在不對(duì)間瞄火炮裝備進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造的前提 下，精密測(cè)量火炮身管投影到水平面上的旋轉(zhuǎn)角度，并消除火炮自身結(jié)構(gòu)“空回”的影響。
背景技術(shù)：
光電編碼器是一種常見(jiàn)的用于測(cè)量機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度的傳感器。當(dāng)該傳感器用于火炮身管旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量時(shí)，需要對(duì)火炮裝備進(jìn)行改造，將編碼器與火炮轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)，該方法算法簡(jiǎn)捷，測(cè)量精度較高，但測(cè)量設(shè)備無(wú)法簡(jiǎn)便地應(yīng)用到實(shí)裝火炮以實(shí)現(xiàn)對(duì)炮兵操炮過(guò)程的考核。另一種精度較高且測(cè)量方式較為簡(jiǎn)便的方法是使用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，但該系統(tǒng)常用于航天和航空設(shè)備，造價(jià)昂貴，不適合在間瞄火炮操作訓(xùn)練的場(chǎng)合使用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述不足之處提供一種拉線式測(cè)角系統(tǒng)，是一種基于高精度拉線式編碼傳感器的測(cè)角系統(tǒng)，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高精度、低造價(jià)的火炮水平旋轉(zhuǎn)角度自動(dòng)測(cè)量?jī)x器。本實(shí)用新型拉線式測(cè)角系統(tǒng)是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型拉線式測(cè)角系統(tǒng)由拉線長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)構(gòu)、解算電路和校準(zhǔn)電路組成。拉線長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)構(gòu)包括拉線式編碼器、固定及導(dǎo)向裝置、水平測(cè)量裝置。所述拉線式編碼器采用德國(guó)產(chǎn)的拉線式編碼器，為高分辨率測(cè)試設(shè)備，該拉線式編碼器能夠測(cè)量出設(shè)備自帶的拉線變化量，其最大測(cè)量值為10米，分辨率為O. 05毫米，系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量該拉線式編碼器拉線長(zhǎng)度的變化計(jì)算對(duì)應(yīng)角度的變化值。拉線式編碼器的殼體側(cè)部配有螺紋安裝孔，安裝部件通過(guò)螺紋孔與編碼器連接，通過(guò)夾緊裝置與火炮護(hù)盾進(jìn)行連接固定，同時(shí)設(shè)置了調(diào)整手輪，用于拉線導(dǎo)向，可使拉線抽頭指向固定裝置。固定裝置采用三角架，通過(guò)地釘固定，防止拉線抽頭連接后發(fā)生搖晃，拉線抽頭拉環(huán)連接位置上下固定，通過(guò)調(diào)整整體連接裝置調(diào)節(jié)拉線的水平狀態(tài)，拉線在水平面上可調(diào)節(jié)方向。固定裝置放置在火炮護(hù)盾的側(cè)前方約2米處，水平測(cè)量裝置通過(guò)一個(gè)輕型掛接裝置掛接到拉線上，調(diào)整時(shí)測(cè)量拉線的水平狀態(tài)。當(dāng)火炮身管旋轉(zhuǎn)時(shí)，護(hù)盾與之旋轉(zhuǎn)的角度一致，拉線始終處于水平狀態(tài)，且長(zhǎng)度隨身管旋轉(zhuǎn)發(fā)生改變，通過(guò)計(jì)算改變量可得到火炮身管的水平旋轉(zhuǎn)角度。解算電路與拉線式編碼器通過(guò)RS422接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，解算電路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3內(nèi)核的微處理器，具有浮點(diǎn)運(yùn)算的功能。解算電路將采集到的拉線長(zhǎng)度變化量按理論算法進(jìn)行解算后獲得火炮身管旋轉(zhuǎn)的角度變化量，經(jīng)過(guò)與計(jì)算機(jī)計(jì)算數(shù)值對(duì)比，該電路計(jì)算精度能夠達(dá)到10_6度，完全能夠滿足使用的精度要求。校準(zhǔn)電路也采用了 ARM -Cortex3系列微處理器，通過(guò)RS232接口與解算電路連接，包含一組操作鍵盤(pán)和顯示數(shù)碼管。校準(zhǔn)電路主要用于系統(tǒng)在使用之前的初始化，當(dāng)拉線調(diào)整水平后，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，通過(guò)校準(zhǔn)電路輸入初始化數(shù)據(jù)后，解算電路能夠獲得使用時(shí)所必須的初始角度和長(zhǎng)度數(shù)據(jù)。在使用過(guò)程中，校準(zhǔn)電路無(wú)須與解算電路保持連接。本實(shí)用新型的技術(shù)效果I.采用高精度拉線式編碼器和高速、高性能ARM微處理芯片相結(jié)合，有效地將拉線式編碼器測(cè)量的長(zhǎng)度變化量轉(zhuǎn)化為間瞄火炮身管的角度變化量。測(cè)量精度高，能夠達(dá)到小于I. 5密位的測(cè)量精度，相對(duì)于先技術(shù)中的慣性捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)造價(jià)顯著降低，并不會(huì)產(chǎn)生先技術(shù)中使用傳統(tǒng)編碼器方式對(duì)實(shí)裝火炮加以改裝的問(wèn)題。2.采用的裝夾方式較為簡(jiǎn)捷，通過(guò)夾具可將拉線長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)構(gòu)快速有效地與間瞄火炮的護(hù)盾連接，不對(duì)實(shí)裝火炮進(jìn)行任何形式的改造。拉線式編碼器的拉線抽頭上帶有套 環(huán)，可有效保證與固定點(diǎn)的接觸面積較小，以增加測(cè)量精度。水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在拉線抽頭處，通過(guò)水平測(cè)量?jī)x能有效保證拉線的水平。3.旋轉(zhuǎn)角度的算法基于拉線長(zhǎng)度的變化量，無(wú)須精確測(cè)量拉線的初始長(zhǎng)度，可降低初始化時(shí)對(duì)操作者的使用難度，并有效消除系統(tǒng)自身的初始安裝誤差。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明圖I是本實(shí)用新型拉線式測(cè)角系統(tǒng)的原理示意圖。圖2是本實(shí)用新型拉線式測(cè)角系統(tǒng)各部件的裝配圖。圖3是本實(shí)用新型拉線式測(cè)角系統(tǒng)安裝在間瞄火炮上的示意圖。圖中1、鎖緊調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，2、固定夾具，3、調(diào)節(jié)手輪，4、拉線式編碼器，5、拉線，6、水平測(cè)量裝置，7、拉線固定環(huán)，8、三角架，9、地釘。
具體實(shí)施方式
參照附圖I 3，本實(shí)用新型拉線式測(cè)角系統(tǒng)由拉線長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)構(gòu)、解算電路和校準(zhǔn)電路組成。拉線長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)構(gòu)包括拉線式編碼器4、三角架8、拉線固定環(huán)7、水平測(cè)量裝置6。所述拉線式編碼器采用德國(guó)產(chǎn)的拉線式編碼器，為高分辨率測(cè)試設(shè)備，該拉線式編碼器能夠測(cè)量出設(shè)備自帶的拉線變化量，其最大測(cè)量值為10米，分辨率為O. 05毫米，系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量該拉線式編碼器拉線長(zhǎng)度的變化計(jì)算對(duì)應(yīng)角度的變化值。拉線式編碼器的殼體側(cè)部配有螺紋安裝孔，安裝部件通過(guò)螺紋孔與編碼器連接，通過(guò)固定夾具2與火炮護(hù)盾進(jìn)行連接固定，同時(shí)設(shè)置了調(diào)節(jié)手輪3用于拉線導(dǎo)向，可使拉線抽頭指向固定裝置。固定裝置采用三角架8，通過(guò)地釘9固定，防止拉線抽頭連接后發(fā)生搖晃，拉線抽頭拉環(huán)連接位置上下固定，通過(guò)調(diào)整三角架8的高度調(diào)節(jié)拉線5的水平狀態(tài)，拉線5在水平面上可調(diào)節(jié)方向。固定裝置放置在火炮護(hù)盾的側(cè)前方約2米處，水平測(cè)量裝置6通過(guò)一個(gè)輕型掛接裝置掛接到拉線上，調(diào)整時(shí)測(cè)量拉線的水平狀態(tài)。水平測(cè)量裝置采用市售水平測(cè)量器。當(dāng)火炮身管旋轉(zhuǎn)時(shí)，護(hù)盾與之旋轉(zhuǎn)的角度一致，拉線始終處于水平狀態(tài)，且長(zhǎng)度隨身管旋轉(zhuǎn)發(fā)生改變，通過(guò)計(jì)算改變量可得到火炮身管的水平旋轉(zhuǎn)角度。解算電路與拉線式編碼器通過(guò)RS422接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，解算電路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3內(nèi)核的微處理器，具有浮點(diǎn)運(yùn)算的功能。解算電路將采集到的拉線長(zhǎng)度變化量按理論算法進(jìn)行解算后獲得火炮身管旋轉(zhuǎn)的角度變化量，經(jīng)過(guò)與計(jì)算機(jī)計(jì)算數(shù)值對(duì)比，該電路計(jì)算精度能夠達(dá)到10_6度，完全能夠滿足使用的精度要求。校準(zhǔn)電路也采用了 ARM _Cortex3系列微處理器，通過(guò)RS232接口與解算電路連接，包含一組操作鍵盤(pán)和顯示數(shù)碼管。校準(zhǔn)電路主要用于系統(tǒng)在使用之前的初始化，當(dāng)拉線調(diào)整水平后，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，通過(guò)校準(zhǔn)電路輸入初始化數(shù)據(jù)后，解算電路能夠獲得使用時(shí)所必須的初始角度和長(zhǎng)度數(shù)據(jù)。在使用過(guò)程中，校準(zhǔn)電路無(wú)須與解算電路保持連接。本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)角度的算法基于拉線長(zhǎng)度的變化量，無(wú)須精確測(cè)量拉線的初始長(zhǎng)度，可降低初始化時(shí)對(duì)操作者的使用難度，并有效消除系統(tǒng)自身的初始安裝誤差。先參閱圖I所示。本實(shí)用新型拉線式測(cè)角系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于圖中所示的幾何原理。如圖I :A為火炮身管水平旋轉(zhuǎn)中心，E為編碼器的拉線固定點(diǎn)，D點(diǎn)代表初始位置時(shí)傳感器的固定點(diǎn)，C、B、F代表三次轉(zhuǎn)向傳感器固定點(diǎn)?；鹋谏砉芟日{(diào)整至水平位置，身管向背離拉線固定位置方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)三次方位
角，每次角度增量Δ5，并通過(guò)拉線式編碼器得到三次對(duì)應(yīng)的拉線長(zhǎng)度增量^4、 4、匕h
(相對(duì)初始位置時(shí)的增量)，此時(shí)可解算出初始角度、初始長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)。實(shí)際測(cè)量時(shí)根據(jù)這些計(jì)算結(jié)果可測(cè)量實(shí)際火炮偏轉(zhuǎn)角度。具體計(jì)算過(guò)程，由余弦公式得出，下文中β為身管與拉線的初始夾角，L為拉線的初始長(zhǎng)度，a' b分別為身管長(zhǎng)度和旋轉(zhuǎn)中心到固定點(diǎn)D的距離。( I)初始位置
權(quán)利要求1.一種拉線式測(cè)角系統(tǒng)，其特征在于由拉線長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)構(gòu)、解算電路和校準(zhǔn)電路組成；拉線長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)構(gòu)包括拉線式編碼器、固定及導(dǎo)向裝置、水平測(cè)量裝置；拉線式編碼器的殼體側(cè)部配有螺紋安裝孔，安裝部件通過(guò)螺紋孔與編碼器連接，通過(guò)固定夾具與火炮護(hù)盾進(jìn)行連接固定，同時(shí)設(shè)置了調(diào)整手輪，用于拉線導(dǎo)向，可使拉線抽頭指向固定裝置；固定裝置采用三角架樣式，通過(guò)地釘固定，防止拉線抽頭連接后發(fā)生搖晃，拉線抽頭拉環(huán)連接位置上下固定，通過(guò)調(diào)整三角架的整體高度調(diào)節(jié)拉線的水平狀態(tài)，拉線在水平面上可調(diào)節(jié)方向；固定裝置放置在火炮護(hù)盾的側(cè)前方2米處，水平測(cè)量裝置直接掛接到拉線上，調(diào)整時(shí)測(cè)量拉線的水平狀態(tài)，當(dāng)火炮身管旋轉(zhuǎn)時(shí)，護(hù)盾與之旋轉(zhuǎn)的角度一致，拉線始終處于水平狀態(tài)，且長(zhǎng)度隨身管旋轉(zhuǎn)發(fā)生改變，通過(guò)計(jì)算改變量可得到火炮身管的水平旋轉(zhuǎn)角度； 解算電路與拉線式編碼器通過(guò)RS422接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，解算電路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3內(nèi)核的微處理器，具有浮點(diǎn)運(yùn)算的功能，解算電路將采集到的拉線長(zhǎng)度變化量按理論算法進(jìn)行解算后獲得火炮身管旋轉(zhuǎn)的角度變化量，經(jīng)過(guò)與計(jì)算機(jī)計(jì)算數(shù)值對(duì)t匕，該電路計(jì)算精度能夠達(dá)到10_6度； 校準(zhǔn)電路也采用了 ARM _Cortex3系列微處理器，通過(guò)RS232接口與解算電路連接，包含一組操作鍵盤(pán)和顯示數(shù)碼管，校準(zhǔn)電路用于系統(tǒng)在使用之前的初始化，當(dāng)拉線調(diào)整水平后，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，通過(guò)校準(zhǔn)電路輸入初始化數(shù)據(jù)后，解算電路能夠獲得使用時(shí)所必須的初始角度和長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，在使用過(guò)程中，校準(zhǔn)電路無(wú)須與解算電路保持連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拉線式測(cè)角系統(tǒng)，其特征在于所述拉線式編碼器能夠測(cè)量出設(shè)備自帶的拉線變化量，其最大測(cè)量值為10米，分辨率為O. 05毫米，通過(guò)測(cè)量拉線式編碼器拉線長(zhǎng)度的變化計(jì)算對(duì)應(yīng)角度的變化值。
專利摘要本實(shí)用新型拉線式測(cè)角系統(tǒng)涉及的是一種基于高精度拉線式編碼傳感器的測(cè)角系統(tǒng)，特別是一種應(yīng)用于間瞄火炮身管旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的裝置。其功能是在不對(duì)間瞄火炮裝備進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造的前提下，精密測(cè)量火炮身管投影到水平面上的旋轉(zhuǎn)角度，并消除火炮自身結(jié)構(gòu)“空回”的影響。由拉線長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)構(gòu)、解算電路和校準(zhǔn)電路組成；拉線長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)構(gòu)包括拉線式編碼器、固定及導(dǎo)向裝置、水平測(cè)量裝置；解算電路與拉線式編碼器通過(guò)RS422接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，解算電路的核心控制芯片是基于ARM-Cortex3內(nèi)核的微處理器；校準(zhǔn)電路也采用了ARM-Cortex3系列微處理器，通過(guò)RS232接口與解算電路連接，包含一組操作鍵盤(pán)和顯示數(shù)碼管。
文檔編號(hào)G01B21/22GK202433012SQ20112051990
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者萬(wàn)華, 余輝龍, 呂戰(zhàn)強(qiáng), 彭海峰, 徐宏坤, 李富春, 謝勤偉, 陳 峰, 陳金業(yè) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部第六十研究所