[发明专利]一种三自由度球形转子角速度矢量检测方法

说明书

本发明公开了一种三自由度球形转子角速度矢量检测方法，包括以下步骤：对球形转子的球面按照三个相互垂直，且经过球形转子的球心的分界面均分为八个色块，对八个色块设置不同的颜色，并根据八个色块的颜色进行编码；在球形转子的表面设置多个颜色传感器，多个颜色传感器的执行光轴均正对球形转子的球心；采集多个传感器的输出信号，根据多个传感器的输出信号的占空比和单个传感器信号的周期得到球形转子的角速度矢量。本发明具有如下优点：用于检测的装置占用体积小，后续数据处理方便，可以实现高转速测量，便于系统集成。

技术领域

本发明涉及三自由度球形转子的检测领域，具体涉及一种三自由度球形转子角速度矢量检测方法。

背景技术

相关技术中，三自由度球形转子的检测方法主要有以下几种：

1、球形转子材料磁性周期性分布，采用霍尔传感器检测；

2、球形转子表面一半涂上高反射率材料，一半低反射率材料，同时质量按照一定规律分布，使其旋转轴处于反射率分界面上，利用光电传感器检测；

3、球形转子表面涂上黑白色编码，采用光电传感器检测；

4、球形转子表面的经纬线采用伪随机码进行编码，配合机器视觉检测；

5、双鼠标传感器检测。

上述五种方法均存在局限性，具体为1、2对于球形转子的材料或者质量分布有严格要求；3、4检测系统体积过大，且适用于低转速情况之下；5、适用于转速线速度5.8m/s以下，且对球形转子表面的粗糙度有要求。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种三自由度球形转子角速度矢量检测方法，克服其他检测方法检测转速范围不高，检测系统体积大等缺点，实现了小体积内的非接触式的高速转子的检测。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种三自由度球形转子角速度矢量检测方法，包括以下步骤：S1：对球形转子的球面按照三个相互垂直，且经过所述球形转子的球心的分界面均分为八个色块，对所述八个色块设置不同的颜色，并根据所述八个色块的颜色进行编码；S2：在所述球形转子的表面设置多个颜色传感器，所述多个颜色传感器的执行光轴均正对所述球形转子的球心，其中，所述颜色传感器的数量大于等于四个；以及S3：采集所述多个传感器的输出信号，根据所述多个传感器的输出信号的占空比和单个传感器信号的周期得到所述球形转子的角速度矢量；其中，在任意时刻，所述多个传感器中存在至少三个传感器使得分别由所述至少三个传感器和所述球星转子的球心组成的至少三个向量与旋转轴向量的夹角均处于预设夹角范围内。

根据本发明实施例的一种三自由度球形转子角速度矢量检测方法，用于检测的装置占用体积小，后续数据处理方便，可以实现高转速测量，便于系统集成。

另外，根据本发明上述实施例的一种三自由度球形转子角速度矢量检测方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，步骤S3进一步包括：在任意时刻，所述多个传感器中至少三个颜色传感器均经过同一分界面，且满足以下关系：设传感器坐标系三轴坐标分别为：

其中，所述球形转子的半径为1,E₁＝(0 0 1),E₂＝(0 1 0),E₃＝(0 0 1)；

所述三个颜色传感器的坐标值：

其中，U₁、U₂和U₃分别为所述三个颜色传感器的坐标值；

设转换矩阵为：