一種基於時間基準的角坐標構建方法
2023-09-27 06:24:25
一種基於時間基準的角坐標構建方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於時間基準的角坐標構建方法，所述方法包括以下步驟：獲取具有周期性的時域信號系列；通過所述周期性的時域信號系列獲取角坐標。本方法利用時域信號系列的周期性，構建了對應採樣數據的角坐標。本方案針對角分度測量系統，提出了基於時基信號的角坐標構建技術，旨在利用時域信號系列的周期性，構建角坐標體系；避免採用角度測量裝置及增加光、機、電等硬體系統的複雜性，簡化整個測量系統。該方法大大降低了角度信息獲取的難度和成本，結構簡單，操作便捷，具有廣泛的應用前景。
【專利說明】一種基於時間基準的角坐標構建方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及幾何量-角度測量領域，特別涉及一種基於時間基準的角坐標構建方法。
【背景技術】
[0002]在幾何量測量中，為獲得角分度信息，需要進行角度測量。角度測量技術主要有機械式、光學式、電磁式和光電式。目前，應用比較普遍的角度檢測裝置是編碼器，例如:光柵編碼器、磁柵編碼器等。測量時，編碼器與旋轉軸同軸安裝，它將軸迴轉的角度量，轉換成相應的電脈衝或數字量輸出。但是，安裝編碼器會使整個機械結構複雜化，還需要增加相關硬體及信息傳輸通道等。其他的角度測量技術，如機械式的多齒分度盤、雷射幹涉測量等，應用時因光、機、電等方面的要求大幅增加整個測量系統結構的複雜性。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種基於時間基準的角坐標構建方法，本發明降低了測量系統結構的複雜性，擴大了實際應用中的範圍，詳見下文描述:
[0004]一種基於時間基準的角坐標構建方法，所述方法包括以下步驟:
[0005]獲取具有周期性的時域信號系列；
[0006]通過所述周期性的時域信號系列獲取角坐標；
[0007]其中，所述獲取具有周期性的時域信號系列的步驟具體為:
[0008]將傳感器或觸發裝置搭載於一勻速迴轉的軸上，設迴轉軸為Z軸，傳感器或觸發裝置為0，傳感器或觸發裝置搭載於Z軸上並隨Z軸迴轉，設Z軸迴轉角速度為ω，一轉採樣頻率為f，Z軸等速迴轉一周後，獲得一段時間長度為2 π / ω的時域信號，Z軸連續迴轉，即獲得周期性的時域信號系列；
[0009]其中，所述通過所述周期性的時域信號系列獲取角坐標的步驟具體為:
[0010]取某單一周期時域信號，設第j個測量值!.」的角坐標為Cij，有:
[0011]a j=(360/f) X (j-ι)。
[0012]本發明提供的技術方案的有益效果是:本方法利用時域信號系列的周期性，構建了對應採樣數據的角坐標。本方案針對角分度測量系統，提出了基於時基信號的角坐標構建技術，旨在利用時域信號系列的周期性，構建角坐標體系；避免採用角度測量裝置及增加光、機、電等硬體系統的複雜性，簡化整個測量系統。該方法大大降低了角度信息獲取的難度和成本，結構簡單，操作便捷，具有廣泛的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1 (a)為周期性時域信號系列——連續周期信號示例I示意圖；
[0014]圖1 (b)為周期性時域信號系列——連續周期信號示例2示意圖；
[0015]圖2為具有周期性的時域信號系列獲取示意圖；[0016]圖3為一種基於時間基準的角坐標構建方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0018]為了降低測量系統結構的複雜性，擴大實際應用中的範圍，本發明實施例提供了一種基於時間基準的角坐標構建方法，參見圖1、圖2和圖3，詳見下文描述:
[0019]101:獲取具有周期性的時域信號系列；
[0020]參見圖1和圖2，圖2為空間坐標系X-Y-Z中示例。X軸與Y軸相互垂直，構成一個平面，Z軸垂直於X-Y平面。將傳感器或觸發裝置搭載於一勻速迴轉的軸上，設迴轉軸為Z軸，傳感器或觸發裝置為0，傳感器或觸發裝置搭載於Z軸上並隨Z軸迴轉，設Z軸迴轉角速度為ω，一轉採樣頻率為f，採樣值用I表示，Z軸等速迴轉一周後，獲得一段時間長度為(2π/ω)的時域信號。Z軸連續迴轉，即獲得周期性的時域信號系列，同時也是對應一周360°採樣數據集合2，圖1給出了時域信號系列的示例。
[0021]102:通過周期性的時域信號系列獲取角坐標。
[0022]測量過程中，在Z軸連續迴轉情況下，採集到的時域信號在每轉的基礎上具有一定的重複性(即周期性)，每轉對應一個時間量假設時域信號系列中tl=t2=t3=-=ti，即各轉對應的時間量均相等(至少在允差範圍內相等)，則可認為該連續迴轉為勻速迴轉，迴轉角速度ω恆定為常數。進而可推斷，各採樣值之間是等角間隔的。取某單一周期時域信號，設第j個測量值L的角坐標為(單位:° )，有:
[0023]a.= (360/f) X (j-1)
[0024]基於等速迴轉獲取的時域信號系列構成的數據集合，顯然具有周期性變化的特點。遵照上述原理，抽取時域信號系列中一個或幾個周期的數據，利用時基即可確定角坐標信息。
[0025]即基於上述介紹的時基自整定角坐標構建原理，即可確定各採樣值對應的角坐標信息。
[0026]其中，在建立時基自整定角坐標時，迴轉軸Z軸的等速性，在一定精度要求下的一轉等速性以及短時間段內的等速性是必要的前提條件，而長時間段內轉速的漂移並不影響角定位精度。此時，再保證足夠高的計時精度，就可以獲得足夠的角度分割的精度。
[0027]本發明實施例對傳感器或觸發裝置的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0028]本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0029]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於時間基準的角坐標構建方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: 獲取具有周期性的時域信號系列； 通過所述周期性的時域信號系列獲取角坐標； 其中，所述獲取具有周期性的時域信號系列的步驟具體為: 將傳感器或觸發裝置搭載於一勻速迴轉的軸上，設迴轉軸為Z軸，傳感器或觸發裝置為O，傳感器或觸發裝置搭載於Z軸上並隨Z軸迴轉，設Z軸迴轉角速度為ω，一轉採樣頻率為f，Z軸等速迴轉一周後，獲得一段時間長度為2 π / ω的時域信號，Z軸連續迴轉，即獲得周期性的時域信號系列； 其中，所述通過所述周期性的時域信號系列獲取角坐標的步驟具體為: 取某單一周期時域信號，設第j個測量值&的角坐標為CIp有: a J=(360/f) X (j-1)。
【文檔編號】G01B21/22GK103453873SQ201310391150
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】付魯華, 王仲, 李興強, 苟建松, 吳翔宇 申請人:天津大學