[实用新型]一种摇摆体动态角度测量装置

说明书

本实用新型属于动态角度测量装置结构的改进，涉及光电子技术领域。

对于摇摆物体的非接触实时动态的角度测量，其使用领域非常广泛。如在空气动力学领域中的动量导数测量和风洞姿态角的测量，高精度二维角度测量的天平校正基准系统，火箭发动机伺服控制系统中对火箭推力向量控制系统的工作性能检测，以及上料机构、吊载摇摆、模拟船只等等摇摆物体的动态角度测量。目前对于动态角度的测量方法很多，有机械测量、电子测量、光学测量及光电测量等手段，但已有的测量装置都不能满足大的测角范围，尤其是几何尺寸比较大的摇摆物体，其测量精度更无法保证，同时进行非接触实时动态测量就更困难了。

本实用新型的目的是设计一种摇摆体动态角度测量装置，不仅能完成大尺寸摇摆体的测量，而且精度高，同时能实现非接触实时的动态测量。

本实用新型所设计的摇摆体动态角度测量装置的结构为，其是由光学系统和信号处理系统二部分构成，光学系统接光线顺序的结构为光源、发射望远镜、动态反射镜、接收望远镜和CCD芯片，其中发射望远镜的焦平面制有短刻线、并设置有狭缝，使其发出的光线成为带有短刻线像的一束平行光，接收望远镜的接收视场大于±7°，在其成像焦平面固定装置CCD芯片，除动态反射镜被装置在摇摆体的检测部位，其余部件都固定装置在摇摆体以外，并可装置于一体以支架固定于动态反射镜的垂线上；信号处理系统由电源供电装置于一体置于地面，并以缆线与光学系统连接，其内部结构顺序为CCD芯片的输出端经电子快门后，通过信号合成、放大、处理，再经A/D棋数转换后进入微机存储器，由与微机接线口连接的时序控制分别控制逻辑控制和地址产生，地址产生所产生地址打开存储器，使存储器内的信号经过逻辑控制进入微机接线口进行程序处理。

由上述技术方案中可以看出，本实用新型所设计的摇摆体动态角度测量装置的测量原理是，光源光线通过发射望远镜成为带有短刻线的平行光束，其倾斜入射在动态反射镜的镜面，由于反射镜随摇摆体一起摆动，故反射光线的方向也随摆动而改变，因反射光线方向角的变化是摇摆体摆角的二倍，当接收望远镜把不断变化方向角的反射光束接收后，将短刻线成像在焦平面的CCD芯片，从而将摇摆体的摆动转变为短刻线像在CCD芯片上的不断扫描，CCD芯片则连续不断地将成像信号输出，当需测定某一时刻的摆角时则打开电子快门、此时刻的成像位置信号通过，经处理进入微机则得出该时刻的摆角量。其不仅能完成大尺寸摇摆体的摆角测置，且精度高、响应速度快，同时能实现非接触实时的动态测量；其选用线阵CCD芯片能完成一维摆角的测量，若选用面阵CCD芯片则能完成二维摆角的测量。

附图1为本实用新型所设计摇摆体动态角度测量装置中光学系统的原理结构图，附图2为本实用新型中信号处理系统的原理结构图。图中1为光源，2为发射望远镜，3为CCD芯片，4为接收望远镜，5为动态反射镜，6为摇摆体的局部。

以下结合附图详细说明本实用新型的具体实施方案。

参见附图，本实用新型所设计的摇摆体动态角测量装置是由光学系统和信号处理系统二部分构成。光学系统的光源光线通过发射望远镜射向动态反射镜，反射光线由接收望远镜接收后在CCD芯片上成像，其中在发射望远镜的焦平面制有短刻线，并设置有狭缝，使其发出的光线成为带有短刻线像的一束平行光，接收望远镜的接收视场大于±7°，在其成像焦平面固定装置CCD芯片；CCD芯片为“Charge-Coupled Devices”的英文缩写，中文意为“电荷耦合器件”，其有线阵芯片和面阵芯片，市场均可购得；动态反射镜被装置在摇摆体的检测部位，其余部件都固定装置在摇摆体以外，并装置于一体以支架固定于动态反射镜的垂线上；在支架上可设置有转动机构，能使光学系统绕动态反射镜的垂线转动90°，或在光学系统内设有转动机构，能使CCD芯片接收望远镜光轴转动90°，从而使线阵CCD芯片也能完成二维摆角的测量。信号处理系统由电源供电装置于一体，以缆线与光学系统连接置于地面，其内部结构顺序为CCD芯片的输出端经电子快门后，通过信号合成、放大、处理，再经A/D模数转换后进入微机存储器，由与微机接线口连接的时序控制分别控制逻辑控制和地址产生，地址产生所产生地址打开存储器，使存储器内存信号经过逻辑控制进入微机接线口进行程序处理；信号处理系统在电子行业中属已有技术，是同行技术人员都能完成的，这里不再详述。

本实用新型的发明人按上述方案制作出一台样机，用于大型模拟船只进行试验，其装置的具体指标和使用性能如下：光学系统中接收望远镜的接收视场±7.5°，其光轴外相对孔径1∶1.2，CCD芯片选用东芝5000元线阵芯片，其像元尺寸7μ×7μ，电子快门为万分之一秒；动态反射镜距摇摆台转轴距离达1.25m，测量精度可达8角秒，且不受环境温度的影响。