[发明专利]一种基于浮球式的角度测量传感器及绝对角度测量方法

权利要求书

1.一种基于浮球式的角度测量传感器，其特征在于，用于密封和固定的传感器底座(1)，传感器底座(1)上设置有用于查看传感器坐标轴的传感器坐标系X轴标识(2)和传感器坐标系Y轴标识(3)，传感器底座(1)的中间设置有用于记录电磁波收发时刻的高精度计时器(9)，传感器底座(1)上在高精度计时器(9)的周边设置四个信号接收器(10)，传感器底座(1)上固定有用于固定腔内物体的传感器外壳(5)，传感器外壳(5)的腔内灌满用于浮球悬浮的传感器腔内稳定液(6)，传感器腔内稳定液(6)中悬浮有浮球震荡发射装置(7)，浮球震荡发射装置(7)通过柔性导线(8)连接至高精度计时器(9)，信号接收器(10)、高精度计时器(9)和浮球震荡发射装置(7)通过供电和通讯线缆(4)对传感器供电和与外部设备间交互。

2.根据权利要求1基于浮球式的角度测量传感器，其特征在于，四个所述的信号接收器(10)以高精度计时器(9)为中心进行中心对称分布。

3.根据权利要求1基于浮球式的角度测量传感器，其特征在于，所述的传感器底座(1)上以高精度计时器(9)安装位置为坐标原点，以过坐标原点和传感器坐标系X轴标识(2)构建X轴坐标，以过坐标原点和传感器坐标系Y轴标识(3)构建Y轴坐标，以坐标原点垂直向上构建Z轴坐标，由X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标构建传感器坐标系。

4.根据权利要求2基于浮球式的角度测量传感器，其特征在于，四个所述的信号接收器(10)通过接收浮球震荡发射装置(7)发出的电磁波信号及高精度计时器(9)记录的传播所用时间，计算浮球震荡发射装置(7)与四个信号接收器(10)的瞬时距离。

5.根据权利要求2基于浮球式的角度测量传感器，其特征在于，所述的高精度计时器(9)用来记录信号收发的时间，以浮球震荡发射装置(7)发射电磁波开始触发，四个信号接收器(10)接收时间全部记录完成一个浮球震荡发射装置(7)的瞬时状态。

6.一种绝对角度测量方法，其特征在于，利用如权利要求1-5任一项所述的基于浮球式的角度测量传感器进行测量浮球震荡发射装置瞬时绝对角，其步骤为：

S1.构建传感器坐标系：传感器底座(1)上以高精度计时器(9)安装位置为坐标原点，以过坐标原点和传感器坐标系X轴标识(2)构建X轴坐标，以过坐标原点和传感器坐标系Y轴标识(3)构建Y轴坐标，以坐标原点垂直向上构建Z轴坐标，由X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标构建传感器坐标系；

S2.确定浮球坐标：四个信号接收器(10)在传感器坐标下的坐标分别为1#(X₀,0,0)、2#(0,Y₀,0)、3#(-X₀,0,0)、4#(0,-Y₀,0)，水的折射率n_水＝1.33，四个信号接收器(10)接收捕获电磁波的时刻分别为t_1#、t_2#、t_3#、t_4#，光速c，假设浮球球心在传感器坐标下的坐标为(x,y,z)，则有：

其中

和

S3.计算浮球与各坐标轴之间的夹角：假设瞬时浮球震荡发射装置(7)球心与传感器坐标系X轴夹角为α，与Y轴夹角为β，与Z轴夹角为γ，则有：