[發明專利]一種高精度光電擺及其傾斜角度計算方法

有效

• 申請號: 202011286309.3
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112648986B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 王恩慈;楊子健;何國祥;陳杰
• 申請（專利權）人: 中船航海科技有限責任公司
• 主分類號: G01C17/00
• 分類號: G01C17/00
• 代理公司: 上海智力專利商標事務所(普通合伙) 31105
• 代理人: 孫金金;周濤

本發明提供一種高精度光電擺及其傾斜角度計算方法，所述光電擺包括光電擺本體、光反射面、光發射裝置、光接收裝置及電橋電路，所述光反射面設置為2個且相連對稱設置于光電擺本體端部的擺錘平面上，所述光反射面與擺錘平面的夾角為22.5度，光接收裝置設置為2個，所述光接收裝置對稱設置于光發射裝置的兩側，所述光接收裝置按照特定角度接收光線同時進行光電轉換，2個光接收裝置分別接入電橋電路的兩個橋臂，所述電橋電路測量2個光接收裝置輸出的電信號差值。與傳統電磁擺相比，本發明利用接收光電管的光電轉換特性和光的反射原理，通過簡單的組裝，即可完成“擺”的功能，具有成本低廉、精度高、抗干擾能力強、制作工藝簡單的優點。

技術領域

本發明屬于船舶導航技術領域，特別是涉及一種高精度光電擺及其傾斜角度計算方法。

背景技術

長久以來，陀螺羅經作為一種能夠準確尋找地理北向的導航儀器，在各類船舶上得到廣泛應用，成為海上導航的主要儀器。

“擺”是單轉子電磁控制陀螺羅經尋北的重要組成部分,其作用是敏感陀螺主軸高度角信號,控制力矩器產生控制力矩,進而抵消主軸視運動，使得陀螺主軸穩定指北，現有電控羅經電磁擺的測量范圍要求達到±40′即可。

傳統擺是使用電磁感應原理，將“8”字線圈緊貼在擺錘上，擺錘正上方固定電磁鐵，產生交變磁場，當“擺”水平時，擺錘處于電磁鐵正下方，“8”字線處于交變磁場正中心，兩線圈產生電壓抵消；當“擺”不水平時，擺錘相對于電磁鐵有偏心，此時根據輸出電壓的大小和方向即能計算出傾斜角度及方向。

這種以電磁感應原理制成的電磁擺不可避免存在分布電容和兩線圈間的相互干擾，零位電壓無法真正為零。另外，電磁擺輸出信號為毫伏級交流高阻抗弱信號，抗干擾能力較差，且“擺”安裝于陀螺球上，處于強電磁干擾環境中，極容易受到電磁波干擾，輸出擺信號波動明顯，直接影響系統的控制精度。另外制作工藝非常復雜，需要使用很細的漆包線繞成左右對稱的“8”字線圈，繞制圈數及繞制形狀均會影響其對稱性，進而影響輸出精度，要求生產工人具有豐富的工作經驗和高超的操作水平，零位調整復雜，費工費時，產品合格率低，長期以來成本居高不下。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種高精度光電擺，用于解決現有技術中電磁擺精度低、抗干擾能力差、制作成本高的問題。此外，本發明還要提供一種高精度光電擺的傾斜角度計算方法。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的第一方面，提供一種高精度光電擺，包括光電擺本體、光反射面、光發射裝置、光接收裝置及電橋電路，所述光反射面設置為2個且相連對稱設置于所述光電擺本體端部的擺錘平面上，所述光反射面與擺錘平面的夾角為22.5度，所述光接收裝置設置為2個，所述光接收裝置對稱設置于所述光發射裝置的兩側，所述光接收裝置按照特定角度接收光線同時進行光電轉換，2個所述光接收裝置分別接入電橋電路的兩個橋臂，所述電橋電路測量2個光發射裝置輸出的電信號差值。

作為優選的技術方案，所述光發射裝置為發光二極管，所述光接收裝置為接收光電管。

作為優選的技術方案，所述光電擺本體的偏轉角度為0度時，所述發光二極管發出的光打在兩個光反射面的連接點。

本發明的第二方面，提供一種高精度光電擺的傾斜角度計算方法，采用上述的用高精度光電擺，光電擺本體的傾斜角度值與兩個光接收裝置的電信號差值呈一階函數關系，由以下擬合函數表達：y＝a₀+a₁*x。

其中，所述函數式的擬合方法為：獲取多組光電擺本體真實傾斜角度數據及電信號差值數據，當傾斜角度范圍為±1度時，通過MATLAB計算，得到a₀為0.0007286，a₁為0.0008977。