[发明专利]一种高精度光电摆及其倾斜角度计算方法

说明书

本发明提供一种高精度光电摆及其倾斜角度计算方法，所述光电摆包括光电摆本体、光反射面、光发射装置、光接收装置及电桥电路，所述光反射面设置为2个且相连对称设置于光电摆本体端部的摆锤平面上，所述光反射面与摆锤平面的夹角为22.5度，光接收装置设置为2个，所述光接收装置对称设置于光发射装置的两侧，所述光接收装置按照特定角度接收光线同时进行光电转换，2个光接收装置分别接入电桥电路的两个桥臂，所述电桥电路测量2个光接收装置输出的电信号差值。与传统电磁摆相比，本发明利用接收光电管的光电转换特性和光的反射原理，通过简单的组装，即可完成“摆”的功能，具有成本低廉、精度高、抗干扰能力强、制作工艺简单的优点。

技术领域

本发明属于船舶导航技术领域，特别是涉及一种高精度光电摆及其倾斜角度计算方法。

背景技术

长久以来，陀螺罗经作为一种能够准确寻找地理北向的导航仪器，在各类船舶上得到广泛应用，成为海上导航的主要仪器。

“摆”是单转子电磁控制陀螺罗经寻北的重要组成部分,其作用是敏感陀螺主轴高度角信号,控制力矩器产生控制力矩,进而抵消主轴视运动，使得陀螺主轴稳定指北，现有电控罗经电磁摆的测量范围要求达到±40′即可。

传统摆是使用电磁感应原理，将“8”字线圈紧贴在摆锤上，摆锤正上方固定电磁铁，产生交变磁场，当“摆”水平时，摆锤处于电磁铁正下方，“8”字线处于交变磁场正中心，两线圈产生电压抵消；当“摆”不水平时，摆锤相对于电磁铁有偏心，此时根据输出电压的大小和方向即能计算出倾斜角度及方向。

这种以电磁感应原理制成的电磁摆不可避免存在分布电容和两线圈间的相互干扰，零位电压无法真正为零。另外，电磁摆输出信号为毫伏级交流高阻抗弱信号，抗干扰能力较差，且“摆”安装于陀螺球上，处于强电磁干扰环境中，极容易受到电磁波干扰，输出摆信号波动明显，直接影响系统的控制精度。另外制作工艺非常复杂，需要使用很细的漆包线绕成左右对称的“8”字线圈，绕制圈数及绕制形状均会影响其对称性，进而影响输出精度，要求生产工人具有丰富的工作经验和高超的操作水平，零位调整复杂，费工费时，产品合格率低，长期以来成本居高不下。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高精度光电摆，用于解决现有技术中电磁摆精度低、抗干扰能力差、制作成本高的问题。此外，本发明还要提供一种高精度光电摆的倾斜角度计算方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种高精度光电摆，包括光电摆本体、光反射面、光发射装置、光接收装置及电桥电路，所述光反射面设置为2个且相连对称设置于所述光电摆本体端部的摆锤平面上，所述光反射面与摆锤平面的夹角为22.5度，所述光接收装置设置为2个，所述光接收装置对称设置于所述光发射装置的两侧，所述光接收装置按照特定角度接收光线同时进行光电转换，2个所述光接收装置分别接入电桥电路的两个桥臂，所述电桥电路测量2个光发射装置输出的电信号差值。

作为优选的技术方案，所述光发射装置为发光二极管，所述光接收装置为接收光电管。

作为优选的技术方案，所述光电摆本体的偏转角度为0度时，所述发光二极管发出的光打在两个光反射面的连接点。

本发明的第二方面，提供一种高精度光电摆的倾斜角度计算方法，采用上述的用高精度光电摆，光电摆本体的倾斜角度值与两个光接收装置的电信号差值呈一阶函数关系，由以下拟合函数表达：y＝a₀+a₁*x。

其中，所述函数式的拟合方法为：获取多组光电摆本体真实倾斜角度数据及电信号差值数据，当倾斜角度范围为±1度时，通过MATLAB计算，得到a₀为0.0007286，a₁为0.0008977。