CN102168971B - 交会对接运动模拟器二维倾斜测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交会对接运动模拟器二维倾斜测量系统，可有效解决“交会对接运动模拟器”测试中的“行车平动中的平行状态”检测问题，该系统是计算机经通讯接口网线接T/C转换器，T/C转换器上接有第二网络电源和传感器，每两个传感器在同一平面上正交安装，构成二维倾斜传感器，二维倾斜传感器分别装在Y向横梁和Z向立柱上，由计算机经测量软件对Y向横梁和Z向立柱倾斜情况进行测量的信号进行处理，实现对外向横梁及Z向立柱倾斜情况的检测，所说的正交是，在立方体相邻两侧面上开两个洞，将两个传感器分别置于两个洞内，使两个传感器在同一平面正交，本发明结构独特，安装使用方便，测量精确，效果好，是行车平动中的平行状态检测上的创新。

Description

交会对接运动模拟器二维倾斜测量系统

一、技术领域

本发明涉及测量设备，特别是一种交会对接运动模拟器二维(2D)倾斜测量系统。

二、背景技术

“交会对接运动模拟器测试”项目中检测是必不可少的，但“行车平动中的平行状态”的检测，由于行车运行轨道的结构复杂，影响行车运行状态的因素也较多，因此还须针对各测试内容开发相应的控制及处理软件，以实现对传感器的控制、同步、数据采集、检测结果分析及可视化等检测目标。

倾传感器经常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”式三种倾斜传感器。在重力场中，固体摆的敏感质量是摆锤质量，液体摆的敏感质量是电解液，而气体摆的敏感质量是气体。因此，无论何种类型的传感器，基本原理都是通过一定的方法去感知敏感质量在水平与倾斜状态的变化。但至今未见有将传感器用于检测“行车平动中的平行状态”的公开报导，那么如何将传感器用于“行车平动中的平行状态”检测呢？

三、发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种交会对接运动模拟器二维倾斜测量系统，可有效解决“交会对接运动模拟器测试”测试中的“行车平动中的平行状态”检测问题。

本发明其解决的技术方案是，包括计算机和传感器，计算机经第一通讯接口网线接第一T/C转换器，第一T/C转换器接第一网络电源，并经第二通讯接口网线接第二T/C转换器，第二T/C转换器接第二网络电源，第二T/C转换器上接有第三T/C转换器、第一传感器和第二传感器，第三T/C转换器同第三传感器和第四传感器相连，第一传感器与第二传感器在同一平面上正交安装，第三传感器与第四传感器在同一平面上正交安装，分别构成一体的二维倾斜传感器结构，二维的倾斜传感器结构分别装在Y向横梁和Z向立柱上，由计算机经测量软件对Y向横梁和Z向立柱倾斜情况进行测量的信号进行处理，实现对外向横梁及Z向立柱倾斜情况的检测，所说的传感器正交安装是，在立方体相邻两侧面上垂直错开打两个洞，将两个传感器分别置于两个洞内，使两个传感器在同一平面正交，分别感知正交方向上倾斜角度，立方体一端部上有带导向槽的固定螺杆构成二维倾斜传感器结构，在Y向横梁或Z向立柱上开一个直径与固定螺杆直径相配应的孔，固定螺杆旋入孔内固定。

本发明结构独特，安装使用方便，测量精确，效果好，是行车平动中的平行状态检测上的创新。

四、说明书附图

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明两个传感器的装配示意图。

图3为本发明二维倾斜传感器装配示意图。

图4为本发明的二维倾斜传感器Y向横梁倾斜及滚动检测示意图。

图5为本发明的二维倾斜传感器Z向立柱及摆动检测示意图。

图6为本发明的的二维(2D)测量系统软件框式图。

图7为本发明的测量系统软件流程图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1-图6所示，本发明包括计算机和传感器，计算机1经第一通讯接口网线RS232接第一T/C转换器4a，第一T/C转换器接第一网络电源3a，并经第二通讯接口网线RS485接第二T/C转换器4b，第二T/C转换器接第二网络电源3b，第二T/C转换器上接有第三T/C转换器4C、第一传感器6a和第二传感器6b，第三T/C转换器同第三传感器6c和第四传感器6d相连，第一传感器与第二传感器在同一平面上正交安装，第三传感器与第四传感器在同一平面上正交安装，分别构成一体的二维倾斜传感器结构A、B，二维的倾斜传感器结构分别装在Y向横梁12和Z向立柱13上，由计算机经测量软件对Y向横梁和Z向立柱倾斜情况进行测量的信号进行处理，实现对外向横梁及Z向立柱倾斜情况的检测，所说的传感器正交安装是，在立方体7相邻两侧面上垂直错开打两个洞，将两个传感器6a、6b或6c、6d分别置于两个洞内，使两个传感器在同一平面正交，分别感知正交方向上倾斜角度，立方体一端部上有带导向槽11的固定螺杆10构成二维倾斜传感器结构，在Y向横梁或Z向立柱上开一个直径与固定螺杆10直径相配应的孔，固定螺杆旋入孔内固定。

所说的第一传感器、第二传感器、第三传感器6a、6b、6c均为瑞士WYLER倾斜传感器；所说的倾斜测量是：Y向横梁在运动中绕X轴的滚动幅度的测量；Y向横梁在运行中绕y轴的滚动幅度的测量；Z向立柱在运行中的前后倾斜幅度的测量；Z向立柱在运行中出现左右摆动幅度的测量。

所说的测量软件是九自由度运动模拟器二维倾斜测量系统软件，由如下部分组成：由功能调用接口、数据管理接口组成的主测试软件接口模块部分，由端口设置、传感器状态检测、传感器初始化组成的硬件管理模块部分，由时钟数据采集、静态数据采集和动态数据采集组成的数据采集模块部分，由数据滤波及内插、平行状态评价，报表、图形结果输出和为主测试程序提供检测分量组成的数据处理与分析模块部分(各部分模块均是现有技术，市售产品，本发明在于将各模块创新性的组合在一起，构成二维倾斜测量软件)；其具体流程如图6所示：开始后，经系统初始化，发出数据采集指令，是静止？或运动？静止状态采集或运动状态采集，给出时间同步信号，当运动状态采集时经数据处理，由行车平动模拟显示后结束，若是，给出综合评价，成果输出，若否，返回运动状态采集，重新进行处理，当静止状态采集时，经数据处理后结束，若是，经各行程间图形显示后，给出综合评价，成果输出，若否，返回静止状态采集，重新进行处理。

所说的瑞士WLYER传感器(市售产品)，其内部结构由阿基米德螺旋弹簧悬挂的摆锤，安置在两个电极之间。依靠系统的倾斜位置，摆动摆锤离开零点，通过改变摆锤和两个电极之间的电容，将可以得到的频率用作原始信号，来探测被测量的角度。

由于瑞士WLYER传感器为为一维传感器，为实现对Y横梁及Z向立柱的二维倾斜测量，需要分别在Y横梁及Z向立柱上各自安装两个倾斜传感器。Y横梁及Z向立柱上的安装方式一样，具体安装形式见图4、图5所示，两个倾斜传感器在同一平面上，正交组成二维倾斜传感器，见图2所示。

由于“行车平动中的平行状态”的检测分四个分量进行检测，即：

a.Y向横梁在运行中绕X轴的滚动幅度；

b.Y向横梁在运行中绕Y轴的滚动幅度；

c.Z向立柱在运行中的前后倾斜幅度；

d.Z向立柱在运行中出现左右摆动幅度。

因此，本发明中使用4个WYLER倾斜传感器，分别至于Y向横梁和Z向立柱上，通过工装，使每两个传感器在同一平面上正交，来分别感知正交方向上的倾斜角度，通过传感器与计算机的连接，实时采集传感器的输出信号，进而评定被检测工件的状态。

两个一维的传感器正交安装，可组成2D的倾斜传感器，为实现正交的安装，是在一个正方体相邻的侧面上按照一定尺寸分别开孔，使得传感器能刚好装配进去，装配好的外观如图3所示，在Y向横梁适当的位置钻孔，尺寸与固定螺杆的外径相同，而后将固定螺杆插入，并靠导向槽的引导，将二维传感器置于正确的位置。具体的装配方法可根据作业现场的实际情况而定。

在2D倾斜测量系统中，由于被测量对象的特殊性及其几何关系的复杂性，决定了数据采集和处理软件的特殊性，虽然WLYER公司为其传感器配有通用的数据采集软件可供使用，但为解决行车平动中平行状态的测量，最好还是采用图6图7所示的专用的配套软件。以保持九自由度运动模拟器综合测试中关于“行车运行中平行状态”检测项目的顺利实施。

软件的研制目的，主要为多个倾斜传感器通过软件的管理和控制，实现对传感器的动、静态数据采集，数据存储与管理，同时对数据进行分析处理，获取各测试数据结果，提供设备管理、数据管理与分析、测试结果输出的人机交互界面，并以数据以及2D、3D图形化的形式输出测试结果。

2D倾斜测量系统基于Microsoft VC++6.0集成开发平台，软件主要有四大功能模块组成如图6所示，分别为与主测试软件接口模块、硬件管理模块、数据采集模块和数据处理与分析模块。

与主测试软件接口模块主要提供与上位机(或上层管理软件)的的接口，其中包括功能调用接口、数据共享接口。在主测试软件设计时，已有“2D倾斜测量系统”的功能调用语句，因此，功能调用接口只需提供相应的响应语句即可完成调用功能；主测试软件为大型系统软件，统一管理整个测试系统各分项的测试项目，对系统内的数据也统一建库管理，数据库采用MicrosoftAccess 2000以上版本进行数据管理，采用SQL语言进行数据查询。在“2D倾斜测量系统”中的数据共享接口只是按照一定的规则对主测试系统的数据库进行数据的存取。

硬件管理模块主要是为传感器与计算机之间提供正常的通讯保障，主要包括通讯参数的设置、传感器初始状态的检测等功能。

数据采集模块主要分为静态的数据采集与动态的数据采集，动态的数据采集相对较为复杂，计算机在采集传感器信号的同时，要同步采集传感器的时间和运行速度的参数，因为在动态时，被检物件的倾斜量是和位置相关的，因此，拟计划采用主测试系统中的时间同步模块来完成传感器数据采集时间(或位置)的确定。

数据处理与分析模块是“2D倾斜测量系统”的主要模块，模块包括对原始数据的存档、对粗差数据的判断与剔除、对可用数据的滤波及内插，而后经过一定的数学模型的转换，使观测数据转化为被检对象的倾斜参量，由此对被检对象作出评价；另外，根据对象的倾斜参量，还要模拟出被检对象的倾斜轨迹，以便直观的对其作出评价。遵循主测试系统的要求，数据处理与分析模块还要提供数据报表于成果输出、交换的功能。数据分析报表基于MicrosoftWord或Microsoft Excel进行报表输出。

依据前述功能模块需要实现的功能，系统软件流程如图7所示。

以上软件流程图的设计为2D倾斜测量系统功能实现的基本的要求，实际需要的功能应根据实际开发中的需求进行部分调整。

在“2D倾斜测量系统”中，由于采集数据的需要，传感器与计算机的通讯非常频繁，如何保证数据的正确传输与接收，是必须考虑的问题。目前，在工业领域中，最具影响力的现场总线有有5种，分别是FF、Profitbus、HART、CAN和LonWorks，其中CAN(Controller AreaNetwork控制局域网络)是德国Bosch 6公司1993年推出的，主要应用于汽车监控、开关量控制、制造业等，适用于实时性要求很高的小型网络，且开发工具廉价，数据传输采用双绞线即可实现远距离实时传输，因此本发明中采用CAN总线。硬件接口电路类型采用：RS-485、RS-232、RS-422接口，在WLYER的倾斜传感器中通讯接口为RS-485，该类接口可方便地实现多设备的互联。

由上述情况给出，本发明“2D倾斜测量系统”，以高精度倾斜传感器为系统硬件基础，通过软件对其控制及数据采集，获取被检测对象在静态、动态条件下的二维倾斜数据，并同时实现倾斜数据与时间或位置的关联，以辅助完成“九自由度运动模拟器测试”项目中的“行车平动中的平行状态”检测，测量精度高，其测量精度的技术指标如下：

测量范围：静态：±1°，动态：±1°

分辨率：静态：0.0002°动态：0.0004°

重复性：静态：0.0003°动态：0.0003°

测量精度：静态：0.0004°动态：0.0008°

单位制：采用国际单位制

        角度单位制：度(十进制和六十进制)

        长度单位制：米(毫米/米)

表1列出部分倾斜传感器产品性能指标。

表1倾斜传感器产品

产品名称

总量程

分辨率

线性度

工作温度(℃)

存储温度(℃)

响应时间

膜电位倾斜传感器

±60°

0.001°

1％

-40～60

-50～65

0.5s

AccuStar系列

±30°

0.01°

±0.3°

-40～85

-55～85

0.2s

斜角测量仪系列

±1°～±60°

0.12/弧度

2％

-18～71

-40～71

0.3s

液体摆组合

±1°

0.001°

1％

-40～60

-50～65

5s

SZ型倾斜传感器

0°～90°

±0.2°

1％

±40

±40

1s

WTX型磁敏电阻

0～90°

±0.10°

＜1％

-30～80

-35～85

0.2s

QJ-1倾斜传感器

±35°

±0.1°

1％

-35～50

-40～60

1s

WYLER(瑞士)

±1°(可选)

0.0002°

1％

-40～85

-55～95

0.1s

总之，本发明具有结构独特，安装使用方便，检测精度高，性能稳定可靠，可有效实现“九自由度运动模拟器测试”中的“行车平动中的平行状态”检测，是科学研究和对实践总结作出的创造性劳动结晶，应用价值大。

Claims (3)

1.一种交会对接运动模拟器二维倾斜测量系统，包括计算机和传感器，其特征在于，计算机(1)经第一通讯接口网线接第一T/C转换器(4a)，第一T/C转换器接第一网络电源(3a)，并经第二通讯接口网线接第二T/C转换器(4b)，第二T/C转换器接第二网络电源(3b)，第二T/C转换器上接有第三T/C转换器(4C)、第一传感器(6a)和第二传感器(6b)，第三T/C转换器同第三传感器(6c)和第四传感器(6d)相连，第一传感器与第二传感器在同一平面上正交安装，第三传感器与第四传感器在同一平面上正交安装，分别构成一体的二维倾斜传感器结构(A、B)，二维的倾斜传感器结构分别装在Y向横梁(12)和Z向立柱(13)上，由计算机经测量软件对Y向横梁和Z向立柱倾斜情况进行测量的信号进行处理，实现对Y向横梁及Z向立柱倾斜情况的检测，所说的传感器在同一平面上正交安装是，在立方体(7)相邻两侧面上垂直错开打两个洞，将两个传感器(6a、6b或6c、6d)分别置于两个洞内，使两个传感器在同一平面正交，分别感知正交方向上倾斜角度，立方体一端部上有带导向槽(11)的固定螺杆(10)构成二维倾斜传感器结构，在Y向横梁或Z向立柱上开一个直径与固定螺杆(10)直径相配应的孔，固定螺杆旋入孔内固定。

2.根据权利要求1所述的交会对接运动模拟器二维倾斜测量系统，其特征在于，所说的倾斜测量是：Y向横梁在运动中绕X轴的滚动幅度的测量；Y向横梁在运行中绕y轴的滚动幅度的测量；Z向立柱在运行中的前后倾斜幅度的测量；Z向立柱在运行中出现左右摆动幅度的测量。

3.根据权利要求1所述的交会对接运动模拟器二维倾斜测量系统，其特征在于，所说的测量软件是九自由度运动模拟器二维倾斜测量系统软件，由如下部分组成：由功能调用接口、数据管理接口组成的主测试软件接口模块部分，由端口设置、传感器状态检测、传感器初始化组成的硬件管理模块部分，由时钟数据采集、静态数据采集和动态数据采集组成的数据采集模块部分，由数据滤波及内插、平行状态评价，报表、图形结果输出和为主测试程序提供检测分量组成的数据处理与分析模块部分。

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