一种光电吊舱角度定位装置的制作方法

1.本实用新型属于光电吊舱俯仰角和方位角定位技术领域，尤其涉及一种低成本高精度的光电吊舱角度定位装置。


背景技术：

2.确定光电吊舱的方位角和俯仰角，是光电吊舱方位伺服和俯仰伺服必须要完成的一项内容，现有常用方案主要有以下二种：
3.第一种：通过光电编码器，运用光栅测量原理，即光电编码器与俯仰轴和方位轴同轴，通过测量方位轴和俯仰轴的角度进而获得光电吊舱的方位角和俯仰角。
4.第二种：使用磁编码器，运用磁感应原理，即磁栅与俯仰轴和方位轴同轴，磁感应读头对磁栅的磁场进行测量，进而获得光电吊舱的方位角和俯仰角。
5.以上二种方案，但都存在一定的缺陷。
6.第一种方案中使用的光电编码器难以做到小型化且传感器成本高。
7.第二种方案中使用的磁编码器分体式安装，成本同样较高。


技术实现要素：

8.本实用新型要解决的技术问题是提供一种低成本且结构轻薄的光电吊舱角度定位装置。
9.为了解决上述技术问题，本实用新型的光电吊舱角度定位装置中，磁环与光电吊舱的电机轴同轴固定连接，磁环沿周向间隔分布n极和s极；多个霍尔元件沿周向分布固定在磁环外侧；当光电吊舱的电机轴转动带动磁环同频率旋转时，霍尔元件输出模拟感应信号成周期变化。
10.所述的磁环沿周向分布一个n极，一个s极。
11.所述的磁环沿周向间隔分布2个n极，2个s极。
12.所述的霍尔元件采用线性霍尔。
13.所述的多个霍尔元件沿周向均匀分布固定在霍尔元件固定架上，霍尔元件固定架与光电吊舱的电机固定连接。
14.所述的磁环套装固定在磁环固定架上，磁环固定架与光电吊舱的电机轴同轴固定连接。
15.本实用新型还可以包括电路板组件，所述的电路板组件与光电吊舱支架固定连接，其上固定有电路器件。
16.所述的电路器件包括信号调理电路、模数转换电路、信号处理电路和输出驱动电路；霍尔元件产生的模拟感应信号通过信号调理电路进行调理，再通过模数转换电路转换成数字信号后输入信号处理电路；信号处理电路对数字信号进行校正处理后通过输出驱动电路输出。
17.所述的电路板组件上还固定接线端子，电路器件的输出端连接接线端子。
18.有益效果：
19.本实用新型采用分体式结构，生产装配简单，节省工时与物料成本。因其无轴承，故无需考虑结构上对转速的限制，只需考虑信号响应的问题，降低了设计难度。本实用新型安装方便，节约了维护成本。采用多个霍尔元件多路采样，信号处理电路内部进行校正，大大的提高了定位装置的精度。
附图说明
20.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。
21.图1是光电吊舱角度定位装置的结构图。
22.图2是实施例1的磁环磁极示意图。
23.图3是实施例2的磁环磁极示意图。
24.图4是光电吊舱角度定位装置工作原理图。
25.图5是光电吊舱角度定位装置处理电路原理图。
26.图1中：电路板组件1，接线端子11，电路器件12，螺丝安装孔13，磁感应定子组件2，线性霍尔21，线性霍尔固定架22，磁感应转子组件3，磁环31，磁环固定架32。
具体实施方式：
27.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
28.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义的理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况具体理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或者仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
31.如图1所示，本实用新型的光电吊舱角度定位装置，用于对光电吊舱俯仰角和方位角进行定位，与光电吊舱的俯仰电机轴和方位电机轴同轴固定连接。
32.实施例1
33.本实施例以俯仰角定位为例，如图1所示，本实用新型的光电吊舱角度定位装置包
括电路板组件1、磁感应定子组件2和感应转子组件3。
34.所述的电路板组件1通过螺丝安装孔13与光电吊舱支架固定连接；电路板组件1上固定接线端子11、电路器件12；磁感应定子组件2中，霍尔元件固定架22与俯仰电机法兰连接，霍尔元件固定架22上沿周向均匀分布6个霍尔元件21；感应转子组件3中，磁环固定架32与光电吊舱的俯仰电机轴同轴固定连接，磁环31套装固定在磁环固定架32上；如图2所示，磁环31沿周向分布一个n极，一个s极；霍尔元件21沿周向分布在磁环外侧且与磁环31之间存在一定的间隙，其间隙的大小需不超过霍尔元件21的感应距离。
35.当俯仰电机轴转动时通过磁环固定架32带动磁环31同频率旋转，磁环31因旋转会产生变化的磁场。根据霍尔原理，霍尔元件21的感应信号会根据磁环31的磁场强弱成线性变化。需要指出的是，为了增加测量俯仰电机轴角度的精度，本实用新型中霍尔元件21的数量是6片，2π圆周范围内以π/3的间隔等间距排列。
36.所述霍尔元件的感应信号为模拟电压信号或者模拟电流信号，通常为模拟电压信号。所述的电路器件12作用是对霍尔元件输出的模拟电压信号进行预处理，再通过接线端子11输出；最后根据接线端子11输出的信号即可对俯仰电机轴角度进行定位。
37.如图4所示，根据霍尔元件的特性可知，霍尔元件可感应磁场的极性和磁场强弱变化，其输出电压和磁场强弱成线性关系。当磁场静止时霍尔元件的输出电压为固定的值，当磁环匀速转动时，磁场强度成周期变化，理论上霍尔元件输出的波形为均匀的正弦信号，因此根据霍尔元件输出的电压可确定磁环31的位置，从而确定俯仰电机轴角度。但霍尔元件实际输出的波形并非为理想的正弦信号，而是存在一定的误差，因此本实用新型通过电路器件12对霍尔元件输出的模拟电压信号进行校正处理得到比较理想的正弦信号，从而提高光电吊舱俯仰角和方位角的定位精度。
38.如图5所示，所述的电路器件12包括信号调理电路、模数转换电路、信号处理电路和输出驱动电路；霍尔元件产生的模拟电压信号通过信号调理电路对信号进行调理，通过模数转换电路将模拟电压信号转换成可供信号处理电路处理的数字信号，再通过信号处理电路对数字信号进行校正处理获得理想的正弦信号，最后经输出驱动电路及接线端子11输出。因磁环与光电吊舱的俯仰电机轴同轴同频转动，这样就可以根据当前霍尔元件产生的模拟电压信号反向推导出当前光电吊舱的俯仰角。
39.所述的信号调理电路、模数转换电路均为现有技术；信号处理电路采用处理器，对输入的数字信号进行校正处理获得理想正弦信号的方法为本领域常规技术手段；输出驱动电路为本领域常规电路。
40.所述的霍尔元件采用低成本的线性霍尔。
41.实施例2
42.本实施例与实施例1区别之处在于磁环31沿周向间隔分布2个n极，2个s极。
43.本实用新型不限于上述实施例，所述的霍尔元件的数量没有严格的限制，也可是2个、3个、4个或者8个等等。可以根据霍尔元件输出的模拟电压信号直接确定俯仰电机轴角度，也可以将霍尔元件输出的模拟电压信号转换为数字信号，再确定俯仰电机轴角度。所述的霍尔元件还可以采用其他低成本的可检测磁场强弱的磁感应芯片。

技术特征：
1.一种光电吊舱角度定位装置，其特征在于该装置中，磁环(31)与光电吊舱的电机轴同轴固定连接，磁环沿周向间隔分布n极和s极；多个霍尔元件(21)沿周向分布固定在磁环外侧；当光电吊舱的电机轴转动带动磁环同频率旋转时，霍尔元件输出模拟感应信号成周期变化。2.根据权利要求1所述的光电吊舱角度定位装置，其特征在于所述的磁环沿周向分布一个n极，一个s极。3.根据权利要求1所述的光电吊舱角度定位装置，其特征在于所述的磁环沿周向间隔分布2个n极，2个s极。4.根据权利要求1所述的光电吊舱角度定位装置，其特征在于所述的霍尔元件采用线性霍尔。5.根据权利要求1所述的光电吊舱角度定位装置，其特征在于所述的多个霍尔元件沿周向均匀分布固定在霍尔元件固定架(22)上，霍尔元件固定架与光电吊舱的电机固定连接。6.根据权利要求1所述的光电吊舱角度定位装置，其特征在于所述的磁环套装固定在磁环固定架(32)上，磁环固定架与光电吊舱的电机轴同轴固定连接。7.根据权利要求1所述的光电吊舱角度定位装置，其特征在于还包括电路板组件(1)，所述的电路板组件与光电吊舱支架固定连接，其上固定有电路器件(12)。8.根据权利要求7所述的光电吊舱角度定位装置，其特征在于所述的电路器件包括信号调理电路、模数转换电路、信号处理电路和输出驱动电路；霍尔元件产生的模拟感应信号通过信号调理电路进行调理，再通过模数转换电路转换成数字信号后输入信号处理电路；信号处理电路对数字信号进行校正处理后通过输出驱动电路输出。9.根据权利要求7所述的光电吊舱角度定位装置，其特征在于所述的电路板组件上还固定接线端子(11)；电路器件的输出端连接接线端子。

技术总结
本实用新型涉及一种光电吊舱角度定位装置，该装置中，磁环与光电吊舱的电机轴同轴固定连接，磁环沿周向间隔分布N极和S极；多个霍尔元件沿周向分布固定在磁环外侧；当光电吊舱的电机轴转动带动磁环同频率旋转时，霍尔元件输出模拟感应信号成周期变化。本实用新型生产装配简单，节省工时与物料成本，并且降低了设计难度。计难度。计难度。


技术研发人员：李佰鹤
受保护的技术使用者：长春通视光电技术有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/9/3