被约束体微小姿态动态测试装置以及解算方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及微小姿态动态测试领域，具体是一种被约束体微小姿态动态测试装置以及解算方法，通过对被约束体安装加速度测试装置和激光阵列发射装置，设计相应的光电位置传感阵列接收装置，组成微小姿态的动态测试系统。实现对狭窄空间内被约束体的加速度、速度、位移、俯仰角、偏摆角、滚动角等姿态参数的全过程测试和解算。激光阵列发射装置包括激光发射器Ⅰ、激光发射器Ⅱ以及外围电路，所述光电位置阵列接收装置包括二维光电位置传感器Ⅰ、二维光电位置传感器Ⅱ以及外围电路，二维光电位置传感器Ⅱ与激光发射器Ⅱ相对，二维光电位置传感器Ⅰ与激光发射器Ⅰ相对。测试装置对被测对象的空气动力学没有影响，同时环境因素对测试过程、结果的影响小。

Dynamic Testing Device and Solution Method for Constrained Body's Small Attitude

【技术实现步骤摘要】
被约束体微小姿态动态测试装置以及解算方法
本专利技术涉及微小姿态动态测试领域，具体是一种被约束体微小姿态动态测试装置以及解算方法，通过对被约束体安装加速度测试装置和激光阵列发射装置，设计相应的光电位置传感阵列接收装置，组成微小姿态的动态测试系统。实现对狭窄空间内被约束体的加速度、速度、位移、俯仰角、偏摆角、滚动角等姿态参数的全过程测试和解算。
技术介绍
被约束体微小姿态的动态测试，要求在不干扰被约束体状态性质的前提下测试其全过程动态姿态变化。考虑到这些直观环境，对测试系统要求具备特性进行总结：要求测试系统具有测试短时间动态参量和丰富频率成分的高性能；要求测试系统在能在被约束体上安装的前提下还需保证测试装置不能破坏和影响被约束体的运动规律；要求测试系统考虑测试中测试装置的重复使用，采取有效的措施来提高测试系统的抗高过载性能；要求测试系统能通过数据处理得到有关姿态的多参数高精度表述。目前，主要国内外对于动态姿态的测试方法，包括微波干涉法、视觉坐标测量法、激光反射测轴心姿态等。微波干涉法有一定的局限性，会受到微波自身波长的影响，当被测对象的运动速度比较小时，使用该方法得到测量结果的准确度就相对较低。视觉坐标测量法由于高速摄影技术空间分辨率有限，在测量精度上难以满足要求，同时摄影设备在测试中使用不稳定，引入的误差掩盖微小姿态测试信号。激光反射测轴心姿态多次使用平面镜反射激光，使得光路复杂，对测试顺利完成要求高，所获取的数据量太少，难以用于后续的分析与处理，不易求解轴心姿态，同时测试参数单一，无法做到对多参数(如：位移、俯仰角、偏摆角、滚动角)的参数解算。专利技术内容本专利技术为了解决对处于持续微小姿态变化运动状态的被约束体姿态进行测试的问题，同时克服现有微波干涉法测试应用的局限性，视觉坐标测量测量精度的不足，激光反射测试参数单一的问题，本专利技术提供一种微小姿态动态变化测试及解算方法。使用加速度测试装置测试被约束体的加速度参数，采用高精度的光电传感器阵列接收激光阵列传达的轨迹信息，对被约束体的加速度、速度、位移、俯仰角、偏摆角、滚动角等姿态参数的全过程测试和解算。本专利技术是通过以下技术方案实现的：被约束体微小姿态动态测试装置，包括安装于被约束体上的加速度测试传感器，安装于被约束体被约束体尾部上的激光阵列发射装置，安装于约束体尾部外侧的光电位置阵列接收装置，所述激光阵列发射装置包括激光发射器Ⅰ、激光发射器Ⅱ以及外围电路，所述光电位置阵列接收装置包括二维光电位置传感器Ⅰ、二维光电位置传感器Ⅱ以及外围电路，所述二维光电位置传感器Ⅱ相对于二维光电位置传感器Ⅰ更加靠近被约束体，且二维光电位置传感器Ⅰ与二维光电位置传感器Ⅱ相互错开，二维光电位置传感器Ⅱ与激光发射器Ⅱ相对，二维光电位置传感器Ⅰ与激光发射器Ⅰ相对，所述二维光电位置传感器Ⅰ和二维光电位置传感器Ⅱ之间相平行且均位于垂直平面内。本专利技术进一步提供了一种被约束体微小姿态动态测试解算方法，该解算方法是通过所述的被约束体微小姿态动态测试装置实现的，所述解算方法包括：S1，确定参数运动状态的被约束体相比初始位置的俯仰角记为θ2、偏摆角记为θ1、滚动角记为θ3，运动状态的被约束体相比初始位置在垂直方向位移记为y，运动状态的被约束体相比初始位置在水平方向位移记为x，运动状态的被约束体相比初始位置在轴向位移记为z，建立X、Y、Z坐标体系，加速度测试传感器输出加速度记为az，两二维光电位置传感器之间的间距记为l，二维光电位置传感器Ⅱ与被约束体初始位置的距离记为d，二维光电位置传感器Ⅰ接收激光发射器Ⅰ的激光信号，并输出轨迹坐标(x1,y1)，二维光电位置传感器Ⅱ接收激光发射器Ⅱ的激光信号，并输出轨迹坐标(x2,y2)；S2，解算步骤①通过对加速度az积分计算轴向位移z：②根据三角几何性质，在二维光电位置传感器Ⅱ虚拟放置二维光电位置传感器Ⅲ，虚拟的二维光电位置传感器Ⅲ接收激光发射器Ⅰ发射的激光光路m，输出轨迹坐标(x3,y3)，在YOZ平面，根据相似三角形定理，虚拟的二维光电位置传感器Ⅲ的输出轨迹坐标y3减去垂直方向位移y的值与二维光电位置传感器Ⅰ的输出轨迹坐标y1减去垂直方向位移y的值之间具有比例关系：同理用于XOZ平面：二维光电位置传感器Ⅱ输出的轨迹坐标(x2,y2)，二维光电位置传感器Ⅲ输出的轨迹坐标(x3,y3)，通过Δx、Δy利用三角函数计算滚动角θ3：③计算偏摆角θ1和俯仰角θ2：④计算水平方向位移x和垂直方向位移y：x＝x2-Δx-(z+d)tanθ1y＝y2+Δy-(z+d)tanθ2综合利用步骤②、③、④中的公式运算获得运动状态的被约束体的位移、θ1、θ2、θ3。本专利技术相对于现有技术具有如下有益效果：1.测试装置对被测对象的空气动力学没有影响，同时环境因素对测试过程以及结果的影响小；2.高精度，针对量程改变装置的安装距离，可以使得测试精度优于1″；3.利用光学杠杆原理对各参数实现不同的增益，采集的光路轨迹根据不同增益完成对各参数的解耦，能完成对姿态的多个参数经行解算。4.通过对被约束体安装的加速度测试装置和激光阵列发射装置，使用对应设计的光电位置传感阵列接收装置，实现对狭窄空间内被约束体的加速度、速度、位移、俯仰角、偏摆角、滚动角等姿态参数的全过程测试和解算。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述被约束体微小姿态动态测试装置的原理图。图2为参数的定义图。图3为各二维光电位置传感器的布置示意图。图4为YOZ平面计算示意图。图5为XOY平面计算示意图。图中：1-激光发射器Ⅰ，2-被约束体，3-加速度测试传感器，4-约束体，5-激光阵列发射装置，6-激光发射器Ⅱ，7-光电位置阵列接收装置，8-二维光电位置传感器Ⅰ，9-二维光电位置传感器Ⅱ，10-二维光电位置传感器Ⅲ。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细的说明。被约束体微小姿态动态测试装置，包括安装于被约束体2上的加速度测试传感器3，安装于被约束体2被约束体2尾部上的激光阵列发射装置5，安装于约束体4尾部外侧的光电位置阵列接收装置7，所述激光阵列发射装置5包括激光发射器Ⅰ1、激光发射器Ⅱ6以及外围电路，所述光电位置阵列接收装置7包括二维光电位置传感器Ⅰ8、二维光电位置传感器Ⅱ9以及外围电路，所述二维光电位置传感器Ⅱ9相对于二维光电位置传感器Ⅰ8更加靠近被约束体2，且二维光电位置传感器Ⅰ8与二维光电位置传感器Ⅱ9相互错开，二维光电位置传感器Ⅱ9与激光发射器Ⅱ6相对，二维光电位置传感器Ⅰ8与激光发射器Ⅰ1相对，所述二维光电位置传感器Ⅰ8和二维光电位置传感器Ⅱ9之间相平行且均位于垂直平面(如下坐标体系的XOY平面)内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.被约束体微小姿态动态测试装置，其特征在于，包括安装于被约束体(2)上的加速度测试传感器(3)，安装于被约束体(2)被约束体(2)尾部上的激光阵列发射装置(5)，安装于约束体(4)尾部外侧的光电位置阵列接收装置(7)，所述激光阵列发射装置(5)包括激光发射器Ⅰ(1)、激光发射器Ⅱ(6)以及外围电路，所述光电位置阵列接收装置(7)包括二维光电位置传感器Ⅰ(8)、二维光电位置传感器Ⅱ(9)以及外围电路，所述二维光电位置传感器Ⅱ(9)相对于二维光电位置传感器Ⅰ(8)更加靠近被约束体(2)，且二维光电位置传感器Ⅰ(8)与二维光电位置传感器Ⅱ(9)相互错开，二维光电位置传感器Ⅱ(9)与激光发射器Ⅱ(6)相对，二维光电位置传感器Ⅰ(8)与激光发射器Ⅰ(1)相对，所述二维光电位置传感器Ⅰ(8)和二维光电位置传感器Ⅱ(9)之间相平行且均位于垂直平面内。

【技术特征摘要】
1.被约束体微小姿态动态测试装置，其特征在于，包括安装于被约束体(2)上的加速度测试传感器(3)，安装于被约束体(2)被约束体(2)尾部上的激光阵列发射装置(5)，安装于约束体(4)尾部外侧的光电位置阵列接收装置(7)，所述激光阵列发射装置(5)包括激光发射器Ⅰ(1)、激光发射器Ⅱ(6)以及外围电路，所述光电位置阵列接收装置(7)包括二维光电位置传感器Ⅰ(8)、二维光电位置传感器Ⅱ(9)以及外围电路，所述二维光电位置传感器Ⅱ(9)相对于二维光电位置传感器Ⅰ(8)更加靠近被约束体(2)，且二维光电位置传感器Ⅰ(8)与二维光电位置传感器Ⅱ(9)相互错开，二维光电位置传感器Ⅱ(9)与激光发射器Ⅱ(6)相对，二维光电位置传感器Ⅰ(8)与激光发射器Ⅰ(1)相对，所述二维光电位置传感器Ⅰ(8)和二维光电位置传感器Ⅱ(9)之间相平行且均位于垂直平面内。2.一种被约束体微小姿态动态测试解算方法，其特征在于，该解算方法是通过权利要求1所述的被约束体微小姿态动态测试装置实现的，所述解算方法包括：S1，确定参数运动状态的被约束体(2)相比初始位置的俯仰角记为θ2、偏摆角记为θ1、滚动角记为θ3，运动状态的被约束体(2)相比初始位置在垂直方向位移记为y，运动状态的被约束体(2)相比初始位置在水平方向位移记为x，运动状态的被约束体(2)相比初始位置在轴向位移记为z，建立X、Y、Z坐标体系...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴东兴，李春雨，夏成竹，陈昌鑫，张瑜，沈大伟，张红艳，李新娥，靳鸿，崔春生，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14