專利名稱：一種利用光電裝置確定尋北儀內(nèi)轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達和轉(zhuǎn)動角度的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于慣性導航設備技術領域，具體涉及一種利用光電裝置確定尋北儀內(nèi)轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達和轉(zhuǎn)動角度的方法。
背景技術：
在利用連續(xù)旋轉(zhuǎn)誤差調(diào)制的中高精度陀螺尋北儀中，通常采用雙速旋轉(zhuǎn)變壓器或精密光柵等測角裝置，測量尋北工作時轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的精確角位置。在中低精度的陀螺尋北儀中使用這些技術措施時，由于成本太高降低了其競爭力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術問題提供一種利用光電裝置確定尋北儀內(nèi)轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達和轉(zhuǎn)動角度的方法，利用光電傳感器檢測通光路和斷光路時輸出脈沖信號的一種整轉(zhuǎn)到達的檢測方法，通過細分出相應的時間段作為尋北陀螺采樣間隔時間，同時能計算出該間隔時間對應轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的相應角位置。本發(fā)明采用的技術方案一種利用光電裝置確定尋北儀內(nèi)轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達和轉(zhuǎn)動角度的方法，包括下述步驟I)在尋北儀箱體上安裝雙路光電傳感器和一個可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺，在轉(zhuǎn)臺上安裝光柵且光柵上只有一個通光槽；2)轉(zhuǎn)臺開始轉(zhuǎn)動后，當通光槽穿過光電傳感器的檢測槽時使雙路光電傳感器產(chǎn)生通光路和斷光路電信號從而識別和判斷轉(zhuǎn)臺的整轉(zhuǎn)到達；3)利用設定的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動一整圈的時間，細分出多個相等的時間段，將每個時間段轉(zhuǎn)臺的實際角度對應關系計算出來；同時將這些時間段作為尋北時陀螺采樣的采樣時間間隔，在尋北計算時，將使用這些計算出而不是測量出的角度，完成尋北解算。上述步驟2)中，當通光槽經(jīng)過雙路光電傳感器時，將使雙路光電傳感器的A路和B路光電接收器分別通過光束并產(chǎn)生通光路和斷光路的電信號輸出；由于這兩路信號存在時間差，故可以通過方向脈沖分離單元識別和判斷出轉(zhuǎn)動方向，并確保整轉(zhuǎn)到達脈沖在通光槽的一個側(cè)邊上。上述步驟2)中，所述檢測槽為U型檢測槽。上述步驟I)中，通光槽的槽壁延長線延伸到光柵的圓心。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點1、成本低，檢測轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達的精度高；2、使用雙路型光電傳感器，檢測出轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的方向；3、通過利用設定的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動一整圈的時間，細分出許多個相等的時間段，并計算出對應的轉(zhuǎn)動角度，解決尋北計算時需要測量出當前轉(zhuǎn)動角度的問題；4、省去安裝造價很高的精密測角裝置，降低尋北儀的造價；
5、適用于精度略低的尋北儀產(chǎn)品。


圖1為本發(fā)明通光槽處的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明雙路光電傳感器的電路圖；圖5為本發(fā)明脈沖提取單元的電路圖；圖6為本發(fā)明方向脈沖分離單元的電路圖；圖7為本發(fā)明光電接收器B路處于通光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明光電接收器B路處于斷光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明順時針轉(zhuǎn)動時序關系不意圖；圖10為本發(fā)明逆時針轉(zhuǎn)動時序關系不意圖；圖11為本發(fā)明雙路光電傳感器、脈沖提取單元和方向脈沖分離單元組合后的電路不意圖；圖12為本發(fā)明控制雙路光電傳感器輸出的遲滯特性電路示意圖；圖13為本發(fā)明只檢測單方向轉(zhuǎn)動的整轉(zhuǎn)到達時的電路示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1-13描述本發(fā)明的一種實施例。一種利用光電裝置確定尋北儀內(nèi)轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達和轉(zhuǎn)動角度的方法，下述步驟I)在尋北儀箱體9上安裝雙路光電傳感器I和一個可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺2，在轉(zhuǎn)臺2上安裝光柵3且光柵3上只有一個通光槽4 ;通光槽4的槽壁延長線延伸到光柵3的圓心；2)轉(zhuǎn)臺2開始轉(zhuǎn)動后，當通光槽4穿過光電傳感器I的U型檢測槽時使雙路光電傳感器I產(chǎn)生通光路和斷光路電信號從而識別和判斷內(nèi)轉(zhuǎn)臺的整轉(zhuǎn)到達；3)利用設定的轉(zhuǎn)臺2轉(zhuǎn)動一整圈的時間，細分出多個相等的時間段，將每個時間段轉(zhuǎn)臺2的實際角度對應關系計算出來；同時將這些時間段作為尋北時陀螺采樣的采樣時間間隔，在尋北計算時，將使用這些計算出而不是測量出的角度，完成尋北解算。上述步驟2)中，當通光槽4經(jīng)過雙路光電傳感器I時，將使雙路光電傳感器I的A路和B路光電接收器6分別通過光束并產(chǎn)生通光路和斷光路的電信號輸出；由于這兩路信號存在時間差，故可以通過方向脈沖分離單元8識別和判斷出轉(zhuǎn)動方向，并確保整轉(zhuǎn)到達脈沖在通光槽的一個側(cè)邊上。圖1和圖2所示，在尋北儀箱體9上安裝一個光電傳感器I和一個可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺2，在轉(zhuǎn)臺2上安裝了一個光柵3，該光柵只有一個通光槽4，它能穿過A路和B路雙路光電傳感器I的U型檢測槽。當通光槽4經(jīng)過雙路光電傳感器I的U型檢測槽時，將使其光電接收器6的A路和B路分別通過光束、并產(chǎn)生電信號輸出。配套的電路參見圖4所示，圖中，光電接收器6的核心是光電傳感器I的NI，其發(fā)光器5的光源電流由+Vcc經(jīng)電阻器Rl提供，其光電接收器6的A路和B路的受光電流信號由電阻器R2、R3轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柌⑺统觥榇_保整轉(zhuǎn)到達檢測的準確性，需要獲取光電接收器6在通光槽4 一個側(cè)邊上產(chǎn)生的輸出脈沖，該功能由脈沖提取單元7完成，配套的電路參見圖5所示。圖中，脈沖提取單元7的輸入信號是光電接收器6的A路信號和B路信號，A路信號經(jīng)電容器Cl和電阻器R5的微分電路后，可獲得光電接收器6在通光槽4的A路側(cè)邊上產(chǎn)生的斷光路輸出脈沖；A路信號經(jīng)反相器Dl，由電容器C2和電阻器R4的微分電路后，可獲得光電接收器6在通光槽4的A路側(cè)邊上產(chǎn)生的通光路輸出脈沖。利用該斷光路或通光路信號，可以獲知不同轉(zhuǎn)向整轉(zhuǎn)的到達時刻。由于光電接收器6的A路和B路信號存在時間差，因此需要通過方向脈沖分離單元8識別和判斷出轉(zhuǎn)動方向，配套的電路參見圖6所示。圖中，與非門D2和D3的輸入分別是脈沖提取單元7的輸出①、③和光電接收器6中B路信號②，其輸出信號送到RS觸發(fā)器(由D觸發(fā)器構(gòu)成)D4的置位端和復位端，以獲得整圈數(shù)到達信號。圖7所示，為確保只有當通光槽4經(jīng)過光電接收器6的A路傳感器10時，光電傳感器I產(chǎn)生的通光路或斷光路信號脈沖才是整轉(zhuǎn)到達有效信號，需要用到光電接收器6的B路傳感器11的信號；當處在該圖示的位置時，光電接收器6的B路傳感器11已經(jīng)完全處在通光路狀態(tài)，其通光路信號②為低電平，使得與非門D2和D3輸出邏輯高，相當于封鎖住了輸出信號，此時不會發(fā)出整轉(zhuǎn)到達信號。當處在參見圖8所示的位置時，光電接收器6的B路傳感器11已經(jīng)完全處在斷光路狀態(tài)，其斷光路信號③為高電平，使得與非門D2和D3能夠接收脈沖提取單元送出的信號。方向脈沖分離單元8中與非門D2和D3的輸出信號經(jīng)異或門D5，可獲得順時針轉(zhuǎn)動或逆時針轉(zhuǎn)動的信號，其時序關系參見圖9所示。順時針轉(zhuǎn)動時，圖中的①輸出高電平脈沖信號，②保持為高電平，與非門D2的輸出VD2為低電平脈沖，Cl端輸出為高電平，整轉(zhuǎn)到達；逆時針轉(zhuǎn)動時，圖中的③輸出高電平脈沖信號，②保持為高電平，與非門D3的輸出VD3為低電平脈沖，Cl端輸出為高電平，整轉(zhuǎn)到達。方向脈沖分離單元8中RS觸發(fā)器D4 (由D觸發(fā)器構(gòu)成)用來判斷轉(zhuǎn)動方向。圖9中，順時針轉(zhuǎn)動時，Cl輸出高電平脈沖的時刻，CAT輸出低電平脈沖(表示順時針轉(zhuǎn)動)；圖10中，逆時針轉(zhuǎn)動時，Cl輸出高電平脈沖的時刻，CAT輸出高電平(表示逆時針轉(zhuǎn)動)。各個電路單元組合起來的電路圖參見圖11所示。光電傳感器I的A路和B路信號送到脈沖提取單元7的Cl和Dl的輸入端，該單元的輸出送到方向分離單元8的D2和D3的輸入端，其輸出端是整轉(zhuǎn)到達“Cl”輸出端和轉(zhuǎn)向信號“CAT”。為使正反轉(zhuǎn)整轉(zhuǎn)到達識別盡量在一個角度，即解決正反轉(zhuǎn)識別時的遲滯問題，通常需要在以下幾方面采取措施1、通光槽4的槽壁延長線延伸到光柵的圓心；2、控制雙路光電傳感器輸出的遲滯特性，可適當加大光源的工作電流，使受光器端變化沿變陡；也可以為之配置較小遲滯特性的電路(如圖12所示)，將其分別串連接到A路和B路光電接收器6的輸出線路中；R6和R7的數(shù)值決定變化沿的反轉(zhuǎn)點，N2的開環(huán)增益決定遲滯區(qū)間的大??；當只需要檢測單方向轉(zhuǎn)動的整轉(zhuǎn)到達時，相應的光電傳感器I和電路將要簡化(如圖13所示)，即只用單路光電傳感器I和脈沖提取單元7，不再需要方向脈沖分離單元8，也沒有順時針整轉(zhuǎn)到達和逆時針整轉(zhuǎn)到達的誤差。將采用以下的方法獲知轉(zhuǎn)臺2轉(zhuǎn)動的當前角位置為確定轉(zhuǎn)臺2轉(zhuǎn)動一整圈的時間T,通常采用便于計算的時間，如60秒、36秒、30秒等，該時間應是能細分的時間段(也是陀螺采樣間隔時間)t的整數(shù)倍的關系，該時間的選擇對尋北精度應沒有不良的影響。例如，細分出時間段定義為O. Ol秒，當T為36秒時，在T時間內(nèi)共分出3600個時間段，對應到一整圈360°，每個時間段到達時，轉(zhuǎn)臺已經(jīng)轉(zhuǎn)動了(Λ Ω )0· 1°。為確定細分出的時間段(即陀螺采樣間隔的時間)t，通常選擇尋北計算機便于設置和計算、且數(shù)值較小的時間間隔(如0.01秒)，該時間的選擇對尋北精度應沒有不良的影響。一旦選定了轉(zhuǎn)臺2轉(zhuǎn)動一整圈的時間T和細分出的時間段t (即細分出η個采樣時間段t的數(shù)值)，則每個細分出時間段轉(zhuǎn)臺2的實際角度也就能夠計算出來，尋北計算機將用數(shù)字系統(tǒng)的差分方程按照以下公式計算
權利要求
1.一種利用光電裝置確定尋北儀內(nèi)轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達和轉(zhuǎn)動角度的方法，其特征包括下述步驟 1)在尋北儀箱體(9)上安裝雙路光電傳感器(I)和一個可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺(2 )，在轉(zhuǎn)臺(2 )上安裝光柵(3)且光柵(3)上只有一個通光槽(4)； 2)轉(zhuǎn)臺(2)開始轉(zhuǎn)動后，當通光槽(4)穿過光電傳感器(I)的檢測槽時使雙路光電傳感器(I)產(chǎn)生通光路和斷光路電信號從而識別和判斷轉(zhuǎn)臺的整轉(zhuǎn)到達； 3)利用設定的轉(zhuǎn)臺(2)轉(zhuǎn)動一整圈的時間，細分出多個相等的時間段，將每個時間段轉(zhuǎn)臺(2)的實際角度對應關系計算出來；同時將這些時間段作為尋北時陀螺采樣的采樣時間間隔，在尋北計算時，將使用這些計算出而不是測量出的角度，完成尋北解算。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用光電裝置確定尋北儀內(nèi)轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達和轉(zhuǎn)動角度的方法，其特征在于上述步驟2)中，當通光槽(4)經(jīng)過雙路光電傳感器(I)時，將使雙路光電傳感器(I)的A路和B路光電接收器(6)分別通過光束并產(chǎn)生通光路和斷光路的電信號輸出；由于這兩路信號存在時間差，故可以通過方向脈沖分離單元(8)識別和判斷出轉(zhuǎn)動方向，并確保整轉(zhuǎn)到達脈沖在通光槽(4)的一個側(cè)邊上。
3.根據(jù)權利要求1所述的利用光電裝置確定尋北儀內(nèi)轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達和轉(zhuǎn)動角度的方法，其特征在于上述步驟2)中，所述檢測槽為U型檢測槽。
4.根據(jù)權利要求1所述的利用光電裝置確定尋北儀內(nèi)轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達和轉(zhuǎn)動角度的方法，其特征在于上述步驟I)中，通光槽(4)的槽壁延長線延伸到光柵(3)的圓心。
全文摘要
提供一種利用光電裝置確定尋北儀內(nèi)轉(zhuǎn)臺整轉(zhuǎn)到達和轉(zhuǎn)動角度的方法，在尋北儀箱體上安裝雙路光電傳感器和一個可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺，在轉(zhuǎn)臺上安裝光柵且光柵上只有一個通光槽；轉(zhuǎn)臺開始轉(zhuǎn)動后，當通光槽穿過光電傳感器的檢測槽時使雙路光電傳感器產(chǎn)生通光路和斷光路電信號從而識別和判斷轉(zhuǎn)臺的整轉(zhuǎn)到達；利用設定的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動一整圈的時間，細分出多個相等的時間段，將每個時間段轉(zhuǎn)臺的實際角度對應關系計算出來；同時將這些時間段作為尋北時陀螺采樣的采樣時間間隔，在尋北計算時，將使用這些計算出而不是測量出的角度，完成尋北解算。本發(fā)明成本低，檢測精度高，可檢測出轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的方向，解決測量當前轉(zhuǎn)動角度的問題，適用于精度略低的尋北儀產(chǎn)品。
文檔編號G01C17/00GK103017688SQ20121057842
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權日2012年12月27日
發(fā)明者趙治偉, 陳磊江, 許衛(wèi)東, 黃凱, 趙紅敏, 劉劍鋒, 鄭群英 申請人:陜西寶成航空儀表有限責任公司