[发明专利]摆动物体的运动参数动态测量方法及测量系统

说明书

本发明是一种摆动物体的运动参数动态测量方法及装置，涉及到摆心浮动的摆动物体双向摆角及摆心位移的动态实时测量方法及测量系统。适用于测量导弹喷管运动的动态参数。

已有技术中，对摆心浮动的摆动物体的运动参数测量，尤其是对采用了柔性喷管的大型固体导弹、航天飞机的喷管摆角的测量，一般都采用与被测物有机械连接的接触式测量方法进行。国外广泛应用交流反馈传感器（差动变压器LVDT），固定在伺服系统的动作器上作为伺服回路的检测单元，输出一个与伺服机构作动筒位移成正比的信号来测量喷管的摆角，如美国北极星导弹A3一级发动机伺服控制系统的检测单元[NASASP-8114]。国内是采用接触式电位计或机械式位移传感器固定于伺服机构上来测量喷管摆角[宇航学报1985.1.NO1]。这类接触式的测量方法和装置，存在着以下不足之处：

1、测量精度低。一般电位计或差动变压器、机械位移传感器的自身精度低，参数一致性差，影响测量精度因素多，系统精度一般只能保证在0.5%～1%。

2、无法真实地测量被测参数。由于这类系统传感器均固定在伺服机构上，随伺服机构作动筒运动而运动，或者与喷管相连，随喷管摆动而运动，所以工作中因加载或高频振动引起的各种机械部件瞬时变形，导致的摆角变化，这些传感器是无法测出的。

3、难以测量被测量的高频部分。因为是机械连接，运动中，由于摩擦、机械构件的惯量等使测量系统的响应频率降低，故难以对被测物的高频部分敏感和测量。

4、用电位计的测量系统，因传感器数量较多，数学模型复杂，运算繁锁，因而测量的实时性受到限制，而且只能输出模拟信号。

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足，而提供一种对摆心浮动的物体运动参数的动态非接触测量方法，以及利用该方法的实时测量系统。

本发明的技术方案是：采用线位移差测量原理，以大地座标系为基准、以摆动物体的摆动轴线原始位置为测量原点，采用多路同步工作的高速线阵CCD光电传感器，测出设置在摆动物体上各靶板上光标相对于各自原始位置在物体摆动时的线位移差值，以及光标沿摆轴的轴向线位移值（如图1所示），经过光电信号转换与数字信号处理后，送入微机按一定的数学模型进行运算，并对计算出的参数进行误差实时校正，得到所测的摆动物体运动参数的实时测量数据。

本发明测量系统的技术方案如下：测量系统由设置于摆动物体上的靶板和两个光电测量头、电气转接站及运算控制台组成。各路CCD光学测量头（Xn、Yn、Z）和各自的驱动电路，安装在光电测量头内。CCD光学测量头输出信号处理电路中，采用了匹配饱和放大电路及浮动阀值电平二值化处理电路，在整个系统中，采用统一时钟控制多路信号提取电路，保证多路信号同步采样，同时采用系统可变测量零点，确保测量精度。各路电路的输出、数据采集、传送和处理由计算机控制。

附图说明：

图1为本发明的测量原理图

图2为本发明测量系统方框图

图3为本发明光电测量头结构图

图4为本发明信号处理电路方框图。

本发明下面将结合实施例作进一步详进：

下面是本发明用于测量固体发动机柔性喷管的摆角、摆心位移参数实时测量的一个实施方案。如图2所示：采用五路同步工作的CCD光学测量头4，以大地座标系为基准，检测出设置在喷管1′壁上的靶标1及光标2绕喷管X、Y轴转动和沿Z轴方向运动时的相对线位移量，经光电转换与数字信号处理后，送入微机计算出喷管1′的瞬时摆角α_X、α_Y和摆心在Z轴方向的位移量Z。微机根据系统设置的基准参数，对α_X、α_Y、Z进行实时校正，以减少系统测量误差，最后输出实测摆角及摆心位移的数据。其测量系统由两个光电探测头3、电气转站9，运算控制台16、靶板1组成，各部分之间通过多芯电缆进行信号连接。