一種應(yīng)用于高沖擊、強(qiáng)振動條件下的位移速度傳感器的制造方法
【專利摘要】一種分段編碼式位移速度傳感器，用于各種沖擊振動場合下的位移速度傳感檢測，所述傳感器包括編碼條、讀數(shù)頭和放大器，編碼條內(nèi)包含有位移編碼區(qū)、速度計(jì)算區(qū)與零位編碼區(qū)。本發(fā)明能克服現(xiàn)有各型位移速度傳感器的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、抗沖擊、抗振動、工作狀態(tài)穩(wěn)定、速度檢測精度高的新型位移速度傳感器。
【專利說明】一種應(yīng)用于高沖擊、強(qiáng)振動條件下的位移速度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用于無人機(jī)氣液壓彈射的分段編碼式位移速度傳感器。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]無人機(jī)氣液壓彈射是近年來國際上出現(xiàn)的一種先進(jìn)的無人機(jī)發(fā)射起飛方式，與常用的火箭助推發(fā)射起飛方式相比，氣液壓彈射在發(fā)射過程中不會產(chǎn)生光與煙霧，便于起飛場地的隱蔽，更符合實(shí)戰(zhàn)需求，同時(shí)也不存在火工器材的存儲、運(yùn)輸與管理問題，并且氣液壓彈射更具有通用性，同一彈射器可適用于不同型號無人機(jī)的發(fā)射起飛。
[0004]在氣液壓彈射過程中，為了保證無人機(jī)能夠達(dá)到安全的起飛速度，必須要求彈射系統(tǒng)能夠?qū)\(yùn)載飛機(jī)的滑車運(yùn)動速度進(jìn)行準(zhǔn)確的測定。速度測定結(jié)果的準(zhǔn)確性直接決定著無人機(jī)彈射起飛的可靠性，因此，如何準(zhǔn)確有效地對滑車進(jìn)行速度測定，是彈射系統(tǒng)研發(fā)過程中必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。
[0005]但無人機(jī)氣液壓彈射的過程發(fā)生時(shí)間極短，同時(shí)伴隨著劇烈的沖擊振動，設(shè)備的工作條件極其惡劣，目前已有的各型位移速度傳感器均難以在如此短時(shí)間、高沖擊、強(qiáng)振動條件下進(jìn)行高精度的速度檢測。因此，如何準(zhǔn)確有效地對滑車進(jìn)行速度測定，也是彈射系統(tǒng)研發(fā)過程中的技術(shù)難題之一。
[0006]目前，針對無人機(jī)氣液壓彈射，多采用高速圖像采集的方法。對彈射過程進(jìn)行圖像采集，并在試驗(yàn)完成后，使用圖像處理的方法對滑車的速度進(jìn)行分析測定。由于彈射器發(fā)射架的長度較大(IOm以上)，而高速相機(jī)的橫向分辨率有限(5120以下)，因此使用這一方法對彈射全過程進(jìn)行圖像采集后得到的測速精度很低，只能使用分段局部圖像的方法，對氣液壓彈射的局部過程進(jìn)行速度測定。同時(shí)，高速圖像采集測速系統(tǒng)的采購成本較高，試驗(yàn)所得到的圖像數(shù)據(jù)量極大，圖像數(shù)據(jù)處理解析過程繁雜，速度數(shù)據(jù)取得周期較長。使用高速圖像采集的方法，對氣液壓彈射過程中的滑車運(yùn)動進(jìn)行測速，并不是一個理想的解決方法。
[0007]而本發(fā)明采用分段數(shù)字式編碼、光電快速檢測的方法，有效地克服了彈射過程中的高沖擊、強(qiáng)振動，快速、穩(wěn)定、可靠地實(shí)現(xiàn)了彈射過程中滑車的位移及速度的檢測，確保無人機(jī)彈射起飛過程的可靠性。同時(shí)，該傳感器具有構(gòu)成簡單、使用方便、實(shí)現(xiàn)成本低等特點(diǎn)，不僅可以應(yīng)用于無人機(jī)氣液壓彈射，也可以廣泛的應(yīng)用于各種沖擊振動場合下的位移速度傳感檢測。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對無人機(jī)氣液壓彈射過程中，現(xiàn)有各型位移速度傳感器的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、抗沖擊、抗振動、工作狀態(tài)穩(wěn)定、速度檢測精度高的新型位移速度傳感器。[0010]本發(fā)明包括如下的技術(shù)方案:
一種應(yīng)用于無人機(jī)氣液壓彈射的位移速度傳感器，包括編碼條、讀數(shù)頭以及放大器三部分。
[0011]編碼條是在L或者T型鋁基型材上依據(jù)一定的編碼形式進(jìn)行開槽，開槽編碼包括“二進(jìn)制碼”、“格雷碼”等多種形式。
[0012]讀數(shù)頭包括多個對射式光纖管并列。在彈射過程中，讀數(shù)頭對當(dāng)前位置的編碼條編碼進(jìn)行傳感檢測，經(jīng)過相應(yīng)的累加計(jì)算，得到當(dāng)前滑車的位移數(shù)值。
放大器用于將讀數(shù)頭檢測得到的光通斷信號轉(zhuǎn)換為高低電平信號，并將所得到的電信號傳遞至滑車電控單元，最終完成彈射過程中滑車的位移、速度解算。
[0013]分段編碼式位移速度傳感器即是在上述三部分器件的基礎(chǔ)上，協(xié)同完成彈射過程中的位移速度數(shù)據(jù)檢出。
[0014]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明針對無人機(jī)氣液壓彈射，提出一種新型的位移速度傳感器，傳感器器結(jié)構(gòu)形式簡單、工作穩(wěn)定可靠；
(2)本發(fā)明大大的提高了無人機(jī)氣液壓彈射過程中，對于位移、速度檢測的可靠性與準(zhǔn)確性；
(3)本發(fā)明能夠保證在彈射過程中，發(fā)生位移速度信號檢測丟幀的條件下，仍可通過對后續(xù)的編碼條區(qū)間檢測，實(shí)現(xiàn)位移數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確檢出；
(4)本發(fā)明編碼形式靈活，可以根據(jù)實(shí)際使用條件采用多種編碼形式；
(5 )本發(fā)明不僅能夠直接檢測出“速度一時(shí)間”，“位移一時(shí)間”數(shù)據(jù)，同時(shí)還能夠直接檢測出“速度一位移”數(shù)據(jù)。
[0015]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明分段編碼式位移速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明分段編碼式位移速度傳感器在氣液壓彈射器中安裝位置示意圖；
圖3為本發(fā)明的分段編碼式位移速度傳感器編碼條功能區(qū)示意圖；
圖4為本發(fā)明的分段編碼式位移速度傳感器讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明的三位二進(jìn)制式的分段編碼式位移傳感器編碼條結(jié)構(gòu)及對應(yīng)編碼示意
圖；
圖6為本發(fā)明的格雷碼形式分段編碼式位移速度傳感器編碼條結(jié)構(gòu)及對應(yīng)編碼示意
圖；
圖7為本發(fā)明的分段編碼式位移速度傳感器的工作流程示意圖。
[0017]
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
[0019]如圖1所示，分段編碼式位移速度傳感器主要由編碼條1、讀數(shù)頭2、放大器3等三部分構(gòu)成。[0020]編碼條I主要用于對位移量進(jìn)行數(shù)字編碼，同時(shí)劃分速度計(jì)算區(qū)間，定義絕對零位，為傳感器的位移測定、速度計(jì)算、零位檢測提供基準(zhǔn)。
[0021]讀數(shù)頭2用于檢測編碼條中的位移編碼、速度計(jì)算區(qū)間起止位置信號以及零位編碼，讀取出對應(yīng)的編碼信號，并傳至放大器。
[0022]放大器3用于將讀數(shù)頭檢測出的數(shù)字編碼進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并將數(shù)字編碼實(shí)時(shí)的回傳至滑車電控單元。
[0023]圖2所示為分段編碼式位移速度傳感器在氣液壓彈射器中應(yīng)用的安裝示意。圖中，編碼條I安裝于彈射器發(fā)射架6上部；讀數(shù)頭2固定于彈射器滑車4下底面；放大器3固定于彈射器滑車電控盒5內(nèi)。在彈射過程中，讀數(shù)頭隨滑車運(yùn)動，檢測編碼條內(nèi)的編碼與信號，傳遞至安裝于滑車電控單元盒5內(nèi)的放大器3，并最終實(shí)時(shí)傳遞至滑車電控單元。
[0024]圖3所示為分段編碼式位移速度傳感器的編碼條分區(qū)示意。編碼條內(nèi)包含有位移編碼區(qū)7、速度計(jì)算區(qū)8與零位編碼區(qū)9等三個區(qū)域。
[0025]位移編碼區(qū)7依據(jù)一定的編碼形式對位移量進(jìn)行數(shù)字編碼，并將數(shù)字編碼以空槽與實(shí)體部分進(jìn)行表達(dá)，最終將連續(xù)的位移變量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字編碼，方便位移量的檢測，同時(shí)也大大的提高了傳感器的抗沖擊振動、抗干擾能力。在彈射過程中，讀數(shù)頭通過對位移編碼區(qū)7進(jìn)行檢測，即可準(zhǔn)確地計(jì)算當(dāng)前滑車的位移量。即使傳感器在沖擊振動條件下發(fā)生丟幀、誤讀，也能通過對后續(xù)位移編碼的檢測，及時(shí)修正位移檢測量。
[0026]速度計(jì)算區(qū)間8由交替的空槽與實(shí)體部分構(gòu)成，用于對速度計(jì)算區(qū)間的起始與終止位置進(jìn)行觸發(fā)標(biāo)示。在彈射過程中，讀數(shù)頭2在通過空槽或?qū)嶓w部分邊沿時(shí)，會產(chǎn)生下降與上升沿的變化?；囯娍貑卧跈z測到這一觸發(fā)信號后，即開始進(jìn)行區(qū)間通過時(shí)間測算，并在檢測到下一個觸發(fā)信號時(shí)，停止通過時(shí)間測算，計(jì)算出上一區(qū)間的通過時(shí)間，并開始進(jìn)行下一區(qū)間的通過時(shí)間測算。
[0027]零位編碼區(qū)9為兩兩間隔的縱向通槽，讀數(shù)頭在通過零位編碼區(qū)時(shí)，可以觸發(fā)2個全變量的上升沿信號。這一信號不同編碼條其他任意位置的編碼量檢出?；囯娍貑卧跈z測出零位編碼后，即可確定位移測定零位。
[0028]圖4為分段編碼式位移速度傳感器的讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)示意。傳感器讀數(shù)頭由對射式光纖管10與讀數(shù)頭體11組成。各對射式光纖管分別安裝于編碼條編碼區(qū)間的對應(yīng)位置。
[0029]在分段編碼式位移速度傳感器工作過程中，對射式光纖管10在通過編碼條時(shí)，由于編碼條內(nèi)開槽與實(shí)體部分的作用，激光光路的發(fā)生通斷，從而使其能夠通過光信號的變化讀取出編碼條的數(shù)字編碼以及狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的觸發(fā)信號。
[0030]而讀數(shù)頭體11用于固定連接各對射式光纖管，保證光纖管間的相對位置，同時(shí)保護(hù)光纖管。
[0031]圖5為使用三位二進(jìn)制編碼形式的位移速度傳感器編碼條結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的數(shù)字編碼表。在傳感器工作過程中，光纖對管通過編碼條開槽部分時(shí)，光路導(dǎo)通，放大器輸出高電平信號，對應(yīng)的表示為I ;當(dāng)光纖對管通過編碼條實(shí)體部分是，光路斷開，放大器輸出低電平信號，對應(yīng)表不為O。
[0032]三位二進(jìn)制編碼，依照“000-001-010-011-100-101-110-111”的方式循環(huán)進(jìn)行，I
個循環(huán)區(qū)間內(nèi)包含有8個編碼狀態(tài)區(qū)間。相應(yīng)的，也表示8個位移變化量。
[0033]使用分段編碼式位移速度傳感器，可以有效地避免位移檢測過程中出現(xiàn)的信號丟失現(xiàn)象，提高位移數(shù)據(jù)檢測的準(zhǔn)確性與可靠性。以三位編碼形式的編碼式為例，在位移傳感檢測過程中，其允許的最大信號丟失量為8。只要信號丟失量小于8，通過對編碼式的編碼進(jìn)行檢測，傳感器仍可以準(zhǔn)確的確定出當(dāng)前所檢測到得編碼式在編碼單元內(nèi)所處的位置，結(jié)合對編碼單元的計(jì)數(shù)，仍可以準(zhǔn)確的計(jì)算出當(dāng)前的位移偏移量。以第i組編碼單元的第3個編碼式為例，當(dāng)對射式光纖管對這一編碼式編碼進(jìn)行檢測時(shí)，可以知道，從位移檢測起始位置到當(dāng)前編碼式所經(jīng)過的編碼單元數(shù)i。同時(shí)，也可以準(zhǔn)確地檢測出，當(dāng)前這一編碼式在當(dāng)前編碼單元內(nèi)的序號數(shù)為3，而一個編碼單元內(nèi)包含的編碼式數(shù)為8。假設(shè)每一編碼式的長度為0.01m，則當(dāng)前的編碼式對應(yīng)的位移偏移量為:(8*i + 3) XO-Olm0
[0034]圖6為使用格雷碼編碼形式的位移速度傳感器編碼條結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的數(shù)字編碼表。不考慮傳感器上部測速區(qū)的狀態(tài)變化，在彈射過程中，沿滑車運(yùn)動的方向，編碼條對應(yīng)的數(shù)字編碼在每一各狀態(tài)區(qū)間內(nèi)，與上一個狀態(tài)區(qū)間相比，發(fā)生一位數(shù)字上的變動，完全依據(jù)格雷碼形式進(jìn)行編碼。數(shù)字變化依照:“00-01-11-10”的方式循環(huán)進(jìn)行。每一格雷碼組內(nèi)包含有四個狀態(tài)區(qū)間，標(biāo)志著四個位移量。以每個狀態(tài)區(qū)間的長度為0.0lm為例，四個狀態(tài)區(qū)間標(biāo)志著0.04m的長度。編碼式位移傳感器的最小位移分辨率即是一個最小狀態(tài)區(qū)間的長度。在需檢測的距離值較大時(shí)，可以使用多組格雷碼組進(jìn)行循環(huán)銜接，可以對于長距離值的檢測。
[0035]以編碼形式的位移速度傳感器為例，圖7為編碼式位移速度傳感器的工作流程示意圖。
[0036]如圖7所示，當(dāng)讀數(shù)頭通過編碼條零位編碼區(qū)時(shí)，放大器輸出兩個全變量的“上升沿一下降沿一上升沿”信號，該信號為編碼條的零位標(biāo)識信號，滑車電控單元在檢測到該信號后，清零位移計(jì)數(shù)值，并將清零后讀數(shù)頭檢測到的第一個下降沿觸發(fā)作為計(jì)數(shù)零位。
[0037]當(dāng)讀數(shù)頭通過編碼條位移編碼區(qū)時(shí)，可以檢測出編碼區(qū)對應(yīng)的位移編碼，并通過放大器傳遞至滑車電控單元。格雷碼循環(huán)形式為“00 — 01 —11 一 10”，分別對應(yīng)于0、1、2、3的編碼序號。讀數(shù)頭通過檢測位移編碼，即可知當(dāng)前編碼的序號，同時(shí)讀數(shù)頭每通過一組編碼，編碼計(jì)數(shù)變量i即進(jìn)行累加。以編碼“11”為例，當(dāng)讀數(shù)頭檢測到該編碼時(shí)，滑車電控單元即可確定其為序號為3，而假定每一個編碼區(qū)長度為0.0lm,則可確定當(dāng)前的位移量為:0.0lX (4*i+3)。
[0038]讀數(shù)頭在對編碼條位移編碼區(qū)進(jìn)行檢測的同時(shí)，也會對速度計(jì)算區(qū)間的起止進(jìn)行檢測。如圖7所示，當(dāng)讀數(shù)頭在進(jìn)入01編碼區(qū)時(shí)，速度計(jì)算區(qū)間空槽會觸發(fā)產(chǎn)生上升沿信號，滑車電控單元在檢測到這一信號后，即清零通過時(shí)間值，并在讀數(shù)頭進(jìn)入11編碼區(qū)時(shí)產(chǎn)生下降沿信號時(shí)，停止測量，求得通過時(shí)間h以及滑車在這一區(qū)間的平均速度，并重復(fù)這一過程，對下一編碼區(qū)的通過時(shí)間t2進(jìn)行測量。
[0039]編碼式位移速度傳感器即是按照這一工作流程完成對氣液壓彈射過程中滑車的位移、零位、速度等狀態(tài)量的測量測定的。
[0040]本發(fā)明的位移速度傳感器結(jié)構(gòu)簡單、抗沖擊、抗振動、工作狀態(tài)穩(wěn)定、速度檢測精度高。
[0041]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種分段編碼式位移速度傳感器，用于各種沖擊振動場合下的位移速度傳感檢測，其特征在于，所述傳感器包括編碼條、讀數(shù)頭和放大器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移速度傳感器，其特征在于，其中編碼條是在L或者T型鋁基型材上依據(jù)一定的編碼形式進(jìn)行開槽，所述編碼條內(nèi)包含有位移編碼區(qū)、速度計(jì)算區(qū)與零位編碼區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位移速度傳感器，其特征在于，所述位移編碼區(qū)依據(jù)一定的編碼形式對位移量進(jìn)行數(shù)字編碼，并將數(shù)字編碼以空槽與實(shí)體部分進(jìn)行表達(dá)，最終將連續(xù)的位移變量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字編碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位移速度傳感器，其特征在于，速度計(jì)算區(qū)間由交替的空槽與實(shí)體部分構(gòu)成，所述空槽與實(shí)體部分用于對速度計(jì)算區(qū)間的起始與終止位置進(jìn)行觸發(fā)標(biāo)/Jn o
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位移速度傳感器，其特征在于，所述零位編碼區(qū)為兩兩間隔的縱向通槽，讀數(shù)頭在通過零位編碼區(qū)時(shí)，可觸發(fā)2個全變量的上升沿信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移速度傳感器，其特征在于，所述讀數(shù)頭用于檢測編碼條中的位移編碼、速度計(jì)算區(qū)間起止位置信號以及零位編碼，讀取出對應(yīng)的編碼信號，并傳至放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移速度傳感器，其特征在于，所述讀數(shù)頭包括多個對射式光纖管與讀數(shù)頭體，所述讀數(shù)頭體用于固定連接各對射式光纖管，保證光纖管間的相對位置，同時(shí)保護(hù)光纖管；各對射式光纖管分別安裝于編碼條中編碼區(qū)的對應(yīng)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移速度傳感器，其特征在于，所述放大器用于將讀數(shù)頭檢測得到的光通斷信號轉(zhuǎn)換為高低電平信號，并將所得到的電信號進(jìn)行控制和計(jì)算。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移速度傳感器，所述傳感器用于無人機(jī)氣液壓彈射系統(tǒng)中，其特征在于，其中編碼條安裝于彈射器發(fā)射架上部；讀數(shù)頭固定于彈射器滑車下底面；放大器固定于彈射器滑車電控盒內(nèi)；在彈射過程中，讀數(shù)頭隨所述滑車運(yùn)動，檢測編碼條內(nèi)的編碼與信號，傳遞至安裝于滑車電控單元盒內(nèi)的放大器，并最終實(shí)時(shí)傳遞至滑車電控單元，讀數(shù)頭通過對位移編碼區(qū)進(jìn)行檢測，即可準(zhǔn)確地計(jì)算當(dāng)前滑車的位移量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移速度傳感器，其特征在于，所述編碼包括格雷碼編碼和二進(jìn)制編碼。
【文檔編號】G01D21/02GK103438938SQ201310399833
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】楊東偉, 謝云峰, 鄧燦, 汪弋, 吳廷 申請人:中國航天時(shí)代電子公司