專利名稱：一種基于相關(guān)算法的角位移測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域的角位移測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種基于相關(guān) 算法的角位移測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
角位移測(cè)量是機(jī)械領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)同時(shí)又是通用技術(shù)之一。自從有機(jī)械 工業(yè)以來(lái)，己經(jīng)發(fā)明了多種測(cè)量方法和裝置。例如機(jī)械式分度盤、圓光柵、 電容式、磁感應(yīng)式等角位移測(cè)量裝置。這些方法和裝置在不同的場(chǎng)合已經(jīng)有 了大量的應(yīng)用?，F(xiàn)有的各種角位移測(cè)量方法發(fā)明從本質(zhì)上說(shuō)分為兩類。 一類是靜態(tài)的測(cè) 量方法。例如，機(jī)械式分度盤直接在分度盤上刻制標(biāo)示角度的指示線，并在 基座上設(shè)置指針，從而直接讀出角位移讀數(shù)。又如，電容式角位移傳感器將 角位移變化轉(zhuǎn)化為可變電容器電容值的變化，從而通過(guò)測(cè)量電容量值而測(cè)出 角位移。另一類是計(jì)數(shù)方法，這類測(cè)量方法最典型的是園光柵角位移傳感器。 圓光柵角位移傳感器將角位移轉(zhuǎn)換為光柵轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，在園光柵定片和動(dòng)片 相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，測(cè)量光柵輸出的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，從而得到角位移值。現(xiàn)有的 這些方法，均非常依賴高精度的定片和動(dòng)片制造精度，制造成本比較高。對(duì) 于靜態(tài)測(cè)量方法來(lái)說(shuō)，其靜態(tài)誤差和漂移往往不易克服。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提出一種制造成本低、
精度高、抗噪聲和抗部分損壞能力強(qiáng)的基于相關(guān)算法的角位移測(cè)量方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種基于相關(guān)算法的角位移測(cè)量方法，其 特征在于以一個(gè)繞其中心軸旋轉(zhuǎn)的盤體或鼓狀體，在以其旋轉(zhuǎn)軸心為軸的一個(gè)或 多個(gè)圓形軌跡上，以光、電、磁或機(jī)械等方法，預(yù)先刻制或錄制整圈信號(hào)， 形成圓形信息軌跡；所錄制信號(hào)為寬帶或白噪聲隨機(jī)信號(hào)，或者也可以是具 有充分寬帶隨機(jī)信號(hào)特性的偽隨機(jī)信號(hào)；在盤體或鼓體繞中心軸旋轉(zhuǎn)的過(guò)程 中，用讀取頭對(duì)準(zhǔn)軌跡，連續(xù)讀取軌跡上的預(yù)錄隨機(jī)信號(hào)；隨著旋轉(zhuǎn)過(guò)程中軌跡的前進(jìn)，讀取頭輸出的信號(hào)將是預(yù)錄制隨機(jī)信號(hào)以盤片旋轉(zhuǎn)周期為時(shí)間 周期的不斷循環(huán)輸出的周而復(fù)始的隨機(jī)信號(hào)。測(cè)量中，采用任意聯(lián)動(dòng)方法，使被測(cè)角與兩個(gè)讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的夾 角之間保持確定的關(guān)系。即只要測(cè)得兩個(gè)讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的夾角，即可 通過(guò)確定的數(shù)學(xué)公式計(jì)算出被測(cè)角位移。 =，)其中w為被測(cè)角；^為兩個(gè)讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的夾角；/(P)為采用的 聯(lián)動(dòng)方法所確定的函數(shù)關(guān)系。此公式由聯(lián)動(dòng)方法確定。通過(guò)此公式，對(duì)被測(cè)角位移w的測(cè)量即轉(zhuǎn)化為對(duì) 兩個(gè)讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸夾角^的測(cè)量。讀取頭輸出信號(hào)被送到信號(hào)處理裝置進(jìn)行信號(hào)處理，其處理算法為以下 之一A、在信號(hào)處理裝置中，事先存儲(chǔ)了相同的隨機(jī)序列，在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn) 上，將讀取的數(shù)據(jù)流與事前存放的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，得到兩者的相
關(guān)函數(shù)值序列，計(jì)算得到其第一個(gè)最大值對(duì)應(yīng)的T值，即兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)延 a，從而計(jì)算出當(dāng)前旋轉(zhuǎn)體上數(shù)據(jù)軌跡的數(shù)據(jù)起始位置與讀取頭之間的瞬時(shí)角 位移"=! 360 (度)其中，T。為旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)的周期；將兩個(gè)讀取頭的瞬時(shí)角位移相減，并消除由于不同數(shù)據(jù)軌跡起始位置不 同而帶來(lái)的零差，即可計(jì)算得到兩個(gè)讀取頭夾角的測(cè)量數(shù)值 P = - a2 1其中",、"2為兩個(gè)讀取頭各自的瞬間角位移，^為兩者數(shù)據(jù)軌跡起始位 置的零差；然后，由公式《 = /(^)計(jì)算出被測(cè)角位移。B、如果兩個(gè)讀取頭讀取相同的信息軌跡，則可以將兩者輸出的信號(hào)直接 進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，求得時(shí)延值a，即可計(jì)算出兩者之間的相對(duì)角位移^ = ! 360 (度)r。其中，To為旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)的周期。 然后，由公式《 = /(^)計(jì)算出被測(cè)角位移。進(jìn)一步，不同軌跡上錄制的可以是相同的隨機(jī)數(shù)據(jù)序列，也可以是完全 不同的隨機(jī)數(shù)據(jù)序列；同時(shí)包含時(shí)鐘信息。所述讀取頭可以設(shè)置任意個(gè)，視需要測(cè)量的角位移數(shù)量而定；讀取頭可 以設(shè)置為讀相同的信息軌道，也可以設(shè)置為讀取不同的信息軌道；其中部分 讀取頭可以設(shè)置為固定在基座上，作為基準(zhǔn)讀取頭，這樣就可以測(cè)量其他讀 取頭相對(duì)于基準(zhǔn)的絕對(duì)角位移；也可以不設(shè)置基準(zhǔn)讀取頭，此時(shí)仍然可以測(cè) 量任何兩個(gè)讀取頭之間的相對(duì)角位移。本發(fā)明采用在旋轉(zhuǎn)體上同軸的圓形軌跡上預(yù)先制備整圈的寬帶或白噪聲 隨機(jī)信息數(shù)據(jù)，利用旋轉(zhuǎn)體基本勻速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，用讀取頭連續(xù)讀取信息數(shù) 據(jù)，形成周期性的隨機(jī)信號(hào)。將該信號(hào)送信號(hào)處理系統(tǒng)中，與預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù) 據(jù)序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算即可求出當(dāng)前該讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體的瞬時(shí)角位移。將 不同讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體在同一瞬間的瞬時(shí)角位移相減，即可求出讀取頭之 間的瞬間角位移。根據(jù)由讀取頭和被測(cè)角位移聯(lián)動(dòng)方法確定的轉(zhuǎn)換函數(shù)關(guān)系 即可求出被測(cè)角位移。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)首先，采用相關(guān)算法的測(cè)量技術(shù) 可獲得極強(qiáng)的抗噪聲和部分?jǐn)?shù)據(jù)損壞性能；其次，本測(cè)量方法可以充分利用現(xiàn)有在光盤、磁盤等領(lǐng)域己經(jīng)發(fā)展起來(lái)的刻錄方法和零部件，具有測(cè)量精度 高，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖l是本發(fā)明的測(cè)量方法原理圖；圖2是本發(fā)明通用信號(hào)處理系統(tǒng)原理圖；圖3兩個(gè)讀取頭讀取相同軌跡時(shí)可以采用的另一種處理系統(tǒng)原理圖； 圖4是寬帶隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)圖形；圖5白噪聲信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)圖形；圖6以T(,為周期重復(fù)的寬帶或白噪聲隨機(jī)信號(hào)自相關(guān)函數(shù)圖形；圖7當(dāng)y(t)=x(t-a)，且x(t)為重復(fù)周期為TO的寬帶隨機(jī)信號(hào)，y(t) 和x(t)的互相關(guān)函數(shù)圖形。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明基于相關(guān)算法的角位移測(cè)量方法，包括如下步驟是以 一個(gè)繞其中心軸2旋轉(zhuǎn)的盤體或鼓狀體1 (以下稱旋轉(zhuǎn)體)，在以其旋轉(zhuǎn)軸心 為軸的一個(gè)或多個(gè)圓形軌跡上，以光、電、磁或機(jī)械等方法，預(yù)先刻制或錄 制整圈數(shù)據(jù)，形成信息軌跡3。所錄數(shù)據(jù)為一段寬帶或白噪聲隨機(jī)數(shù)據(jù)序列， 或者也可以是具有充分寬帶隨機(jī)信號(hào)特性的偽隨機(jī)信號(hào)。不同軌跡上錄制的 可以是相同的隨機(jī)數(shù)據(jù)序列，也可以是完全不同的隨機(jī)數(shù)據(jù)序列。為了便于 信號(hào)的恢復(fù)，錄制的信號(hào)可以經(jīng)過(guò)調(diào)制，并可同時(shí)包含時(shí)鐘信息。在盤體或鼓體1繞中心軸2旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，用信號(hào)讀取頭4對(duì)準(zhǔn)軌跡， 連續(xù)讀取軌跡上的預(yù)錄隨機(jī)數(shù)據(jù)序列。隨著旋轉(zhuǎn)過(guò)程中軌跡的前進(jìn)，讀取頭4 輸出的信號(hào)將是預(yù)錄制隨機(jī)數(shù)據(jù)以盤片旋轉(zhuǎn)周期為時(shí)間周期的不斷循環(huán)輸出 的周期性隨機(jī)數(shù)據(jù)序列。其自相關(guān)函數(shù)滿足圖6所示的特性。測(cè)量中，采用任意聯(lián)動(dòng)方法，使被測(cè)角與兩個(gè)讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的夾 角之間保持確定的關(guān)系。即只要測(cè)得兩個(gè)讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的夾角5，即可 通過(guò)確定的數(shù)學(xué)公式計(jì)算出被測(cè)角位移。w =，)其中w為被測(cè)角；^為兩個(gè)讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的夾角；/(S)為采用的 聯(lián)動(dòng)方法所確定的函數(shù)關(guān)系。此公式由聯(lián)動(dòng)方法確定。通過(guò)此公式，對(duì)被測(cè)角位移w的測(cè)量即轉(zhuǎn)化為對(duì) 兩個(gè)讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸夾角^的測(cè)量。故圖1中僅畫出讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸 夾角0。讀取頭4可以設(shè)置任意個(gè)，視需要測(cè)量的角位移數(shù)量而定。讀取頭可以
設(shè)置為讀相同的信息軌道，也可以設(shè)置為讀取不同的信息軌道。其中部分讀 取頭可以設(shè)置為固定在基座上，作為基準(zhǔn)讀取頭，這樣就可以測(cè)量其他讀取 頭相對(duì)于基準(zhǔn)的絕對(duì)角位移。也可以不設(shè)置基準(zhǔn)讀取頭，此時(shí)仍然可以測(cè)量 任何兩個(gè)讀取頭之間的相對(duì)角位移。讀取頭輸出的數(shù)據(jù)被送到數(shù)字信號(hào)處理裝置進(jìn)行計(jì)算處理，得出任意兩 個(gè)讀取頭所在位置之間的角位移。然后，由公式《 = /^)計(jì)算出被測(cè)角位移。信號(hào)處理系統(tǒng)原理如圖2所示讀取頭讀得的信號(hào)經(jīng)前置處理后，形成 連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)流。這個(gè)數(shù)據(jù)流是預(yù)錄制的隨機(jī)信號(hào)以盤片旋轉(zhuǎn)周期為大周 期的不斷循環(huán)重復(fù)。在信號(hào)處理裝置中，事先存儲(chǔ)了相同的隨機(jī)序列。在任 何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，將讀取的數(shù)據(jù)流與事前存放的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算， 得到兩者的相關(guān)函數(shù)值序列。由于該相關(guān)函數(shù)的周期重復(fù)性，我們只需要計(jì) 算得到第一個(gè)最大值對(duì)應(yīng)的T值，即兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)延a。此值對(duì)應(yīng)于當(dāng) 前旋轉(zhuǎn)體上數(shù)據(jù)軌跡的數(shù)據(jù)起始位置與讀取頭之間的瞬時(shí)角位移。其關(guān)系為"=! 360 (度)其中，T(,為旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)的周期。對(duì)于每個(gè)讀取頭的任意一個(gè)瞬間，均可以計(jì)算出數(shù)據(jù)軌跡起始位置相對(duì) 于該讀取頭的瞬時(shí)角位移。要計(jì)算兩個(gè)讀取頭之間的角位移，只需計(jì)算兩個(gè)讀取頭在同一時(shí)刻各自 相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體上數(shù)據(jù)起始位置的瞬時(shí)角位移，然后相減即可得到。如果兩個(gè) 讀取頭讀取的是不同的數(shù)據(jù)軌跡，且這兩個(gè)數(shù)據(jù)軌跡的起始位置不同，則還 需要減去一個(gè)固定的零差(即兩個(gè)數(shù)據(jù)軌跡起始位置的夾角)。從而計(jì)算得到兩個(gè)讀取頭夾角的測(cè)量數(shù)值 _Qf2 —p其中《,、 《2為兩個(gè)讀取頭各自的瞬間角位移，^為兩者數(shù)據(jù)軌跡起始位 置的零差；然后，根據(jù)公式^-/(^即可計(jì)算出被測(cè)角位移。如果兩個(gè)讀取頭讀取同一軌跡上的數(shù)據(jù)，則除可采用圖2所示的信號(hào)處 理系統(tǒng)外，還可以采用圖3所示的信號(hào)處理系統(tǒng)。將兩個(gè)讀取頭輸出的信號(hào) 直接進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，求得時(shí)延值a，即可計(jì)算出兩者之間的相對(duì)角位移S丄360 (度)其中，T。為旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)的周期。 然后，由公式^ = /(^)計(jì)算出被測(cè)角位移。根據(jù)相關(guān)函數(shù)特性可知，讀取頭讀取的數(shù)據(jù)若存在部分錯(cuò)誤，對(duì)測(cè)量精 度影響較小。讀取頭相對(duì)角位移與被測(cè)角之間的轉(zhuǎn)換公式《 = /(^)僅由兩者之間的聯(lián) 動(dòng)幾何關(guān)系確定。例如，當(dāng)讀取頭直接固定在被測(cè)角的兩條邊上，旋轉(zhuǎn)軸垂 直于被測(cè)角且通過(guò)該角頂點(diǎn)時(shí)，其關(guān)系為《 = 6。又如，當(dāng)被測(cè)角通過(guò)一個(gè)齒 輪減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與讀取頭聯(lián)動(dòng)時(shí)，其關(guān)系為^ = ^。其中k為齒輪的傳動(dòng)比。本發(fā)明的實(shí)施方式可以有多種。實(shí)施例l:旋轉(zhuǎn)體采用光盤，其信息軌跡為光盤上的圓形軌跡，可以采用 先制作母盤后壓制的方法，也可以采用可刻錄光盤進(jìn)行激光刻錄制作成。讀 取頭采用激光頭進(jìn)行讀取。光盤由主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)，主軸電機(jī)采 用伺服系統(tǒng)控制以保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)定以便信號(hào)可靠讀出。光盤、光盤制造、光盤刻錄、激光讀取頭、以及各種輔助的伺服系統(tǒng)可以部分利用CD、 DVD、藍(lán)光DVD等相關(guān)產(chǎn)業(yè)形成的現(xiàn)有部件來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)低成本。實(shí)施例2:旋轉(zhuǎn)體采用硬質(zhì)磁盤，其信息軌跡為磁盤上的圓形磁記錄軌跡， 讀取頭采用磁頭。相關(guān)部件可以部分利用硬盤制造的現(xiàn)有部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例3:采用機(jī)械的方式在金屬盤片上刻畫上信號(hào)軌跡，用一個(gè)接近的 金屬電極作為讀取頭，通過(guò)測(cè)量電極與盤片之間的電容量來(lái)讀取數(shù)據(jù)。在具體實(shí)施中，信息軌跡可以采用模擬信號(hào)也可以采用數(shù)字信號(hào)。一種實(shí)施方式為采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行記錄，恢復(fù)后的數(shù)字信號(hào)送到數(shù)字信 號(hào)處理系統(tǒng)中，進(jìn)行高速的相關(guān)運(yùn)算和角位移計(jì)算。另一種實(shí)施方式中，采用模擬信號(hào)進(jìn)行記錄，讀取頭讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù) 轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，送入數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中進(jìn)行高速相關(guān)運(yùn)算和角位移 計(jì)算。本發(fā)明是基于相關(guān)算法測(cè)量角位移，引用了相關(guān)函數(shù)的概念 對(duì)于X (t)是各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過(guò)程的一個(gè)樣本函數(shù)，X (t+T)是X (t)時(shí)移T后的 樣本，若用RX(T)表示自相關(guān)函數(shù)，其定義為對(duì)于不同性質(zhì)的X(t)，自相關(guān)函數(shù)具有如下特性只要信號(hào)中含有周期 成分，其自相關(guān)函數(shù)在T很大時(shí)都不衰減，并具有明顯的周期性。對(duì)于不包 含周期成分的隨機(jī)信號(hào)，隨著T增大自相關(guān)函數(shù)迅速衰減趨于零。其中，寬 帶隨機(jī)噪聲的自相關(guān)函數(shù)在T 二0處為最大值，并很快衰減到零,窄帶隨機(jī)噪聲 的自相關(guān)函數(shù)則有較慢的衰減特性。白噪聲(其信號(hào)頻帶無(wú)限寬)自相關(guān)函數(shù)為S函數(shù)，位于1:=0處。圖4是寬帶隨機(jī)噪聲的自相關(guān)函數(shù)形狀。圖5是 白噪聲的自相關(guān)函數(shù)，為一個(gè)沖擊函數(shù)。' 本發(fā)明中采用的是截取一段足夠長(zhǎng)的寬帶隨機(jī)噪聲或白噪聲信號(hào)樣本信 號(hào)，并以這段樣本長(zhǎng)度(T(,)為周期重復(fù)輸出形成的偽隨機(jī)信號(hào)，此類信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)形狀圖6所示，是以樣本長(zhǎng)度(T。)為周期的尖銳特性。在t=0, ±T , ±2T?！縩T。……等處出現(xiàn)最大值(尖銳的峰值)。若信號(hào)為離散數(shù) 字信號(hào)，其最大值將只出現(xiàn)1=0， ±T ， ±2T ……±nT ……等處。對(duì)于各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過(guò)程，兩個(gè)隨機(jī)信號(hào)x (t)和y (t)的互相關(guān)函數(shù)Rxy (t) 定義為-特殊情況下，如果y(t)^(t-a)，即y(t)僅僅是x(t)的一個(gè)時(shí)延信號(hào)，根據(jù)上 述對(duì)于自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)的定義，可以很容易推導(dǎo)出 Rxy(i:)=Rx (T-a)因此，x(t)和y(t)的互相關(guān)函數(shù)與x(t)的自相關(guān)函數(shù)形狀完全相同，只是存 在一個(gè)時(shí)間軸上的平移，此平移量等于y(t)相對(duì)于x(t)信號(hào)的時(shí)延量。因而， 若x(t)和y(t)均為上述以為To周期寬帶隨機(jī)信號(hào)或白噪聲信號(hào)，并且 y(t)=x(t-a)，則其互相關(guān)函數(shù)Rxy(t)將為如圖7所示的形狀，其在t 二 a, a±T0， a±2TG......a±nTG......等處出現(xiàn)尖銳的最大值，并在其余位置呈現(xiàn)迅速衰減特性。若y(t)與x(t)在信號(hào)在傳輸或讀取過(guò)程中引入了少量的噪聲或零星的錯(cuò) 誤，即y(O與x(t)不僅存在時(shí)間上的不同，還存在一定的波形差異，通過(guò)簡(jiǎn) 單推導(dǎo)可以證明，只要這些噪聲和錯(cuò)誤不是特別嚴(yán)重，兩者的相關(guān)函數(shù)波形 仍然與圖7類似，只是峰值有所降低。這就保證了采用相關(guān)算法的測(cè)量技術(shù) 有可能獲得極強(qiáng)的抗噪聲和損壞性能。
權(quán)利要求
1、一種基于相關(guān)算法的角位移測(cè)量方法，其特征在于以一個(gè)繞其中心軸旋轉(zhuǎn)的盤體或鼓狀體，在以其旋轉(zhuǎn)軸心為軸的一個(gè)或多個(gè)圓形軌跡上，以光、電、磁或機(jī)械方法，預(yù)先制備整圈數(shù)據(jù)，形成信息軌跡；所制備數(shù)據(jù)為一段寬帶或白噪聲隨機(jī)數(shù)據(jù)序列，或者是具有充分寬帶隨機(jī)信號(hào)特性的偽隨機(jī)信號(hào)；在盤體或鼓體繞中心軸旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，用讀取頭對(duì)準(zhǔn)軌跡，連續(xù)讀取軌跡上的預(yù)錄隨機(jī)數(shù)據(jù)序列；隨著旋轉(zhuǎn)過(guò)程中軌跡的前進(jìn)，讀取頭輸出的信號(hào)將是預(yù)錄制隨機(jī)數(shù)據(jù)以盤片旋轉(zhuǎn)周期為時(shí)間周期的不斷循環(huán)輸出的周期性隨機(jī)數(shù)據(jù)序列；讀取頭安裝在以旋轉(zhuǎn)體軸心為轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體上，采用任意聯(lián)動(dòng)方法，使被測(cè)角與兩個(gè)讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的夾角之間保持確定的關(guān)系ω＝f(θ)其中ω為被測(cè)角；θ為兩個(gè)讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的夾角；f(θ)為采用的聯(lián)動(dòng)方法所確定的函數(shù)關(guān)系。讀取頭輸出的數(shù)據(jù)被送到數(shù)字信號(hào)處理裝置進(jìn)行計(jì)算處理，其處理算法為在信號(hào)處理裝置中，事先存儲(chǔ)了相同的隨機(jī)序列，在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，將讀取的數(shù)據(jù)流與事前存放的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，得到兩者的相關(guān)函數(shù)值序列，計(jì)算得到其第一個(gè)最大值對(duì)應(yīng)的τ值，即兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)延a，從而計(jì)算出當(dāng)前旋轉(zhuǎn)體上數(shù)據(jù)軌跡的數(shù)據(jù)起始位置與讀取頭之間的瞬時(shí)角位移其中，T0為旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)的周期；將兩個(gè)讀取頭的瞬時(shí)角位移相減，并消除由于不同數(shù)據(jù)軌跡起始位置不同而帶來(lái)的零差，即可計(jì)算得到兩個(gè)讀取頭角位移的測(cè)量數(shù)值θ＝α1-α2-其中α1、α2為兩個(gè)讀取頭各自的瞬間角位移，為兩者數(shù)據(jù)軌跡起始位置的零差；然后，由公式ω＝f(θ)計(jì)算出被測(cè)角位移。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)算法的角位移測(cè)量方法，其特征在于: 兩個(gè)讀取頭讀取同一的信息軌跡，在信號(hào)處理裝置中將兩者輸出的信號(hào)直接進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，求得時(shí)延值a，即可計(jì)算出兩者之間的相對(duì)角位移0 =上爭(zhēng)360 (度)其中，T(,為旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)的周期。 然后，由公式"=/(0計(jì)算出被測(cè)角位移。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)算法的角位移測(cè)量方法，其特征在于 不同軌跡上錄制的是相同的隨機(jī)數(shù)據(jù)序列，或者是完全不同的隨機(jī)數(shù)據(jù)序列；
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)算法的角位移測(cè)量方法，其特征在于預(yù)先錄制的數(shù)據(jù)中包含時(shí)鐘信息。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)算法的角位移測(cè)量方法，其特征在于 所述讀取頭可以設(shè)置任意個(gè)；讀取頭設(shè)置為讀相同的信息軌道，或設(shè)置為讀 取不同的信息軌道；其中部分讀取頭可以設(shè)置為固定在基座上，作為基準(zhǔn)讀取頭；也可以不 設(shè)置基準(zhǔn)讀取頭。
全文摘要
一種基于相關(guān)算法的角位移測(cè)量方法，采用一個(gè)旋轉(zhuǎn)體，在旋轉(zhuǎn)體上同軸的圓形軌跡上預(yù)先制備整圈的寬帶或白噪聲隨機(jī)信息數(shù)據(jù)。旋轉(zhuǎn)體勻速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，用讀取頭連續(xù)讀取信息數(shù)據(jù)，形成周期性的隨機(jī)信號(hào)。將讀取頭輸出的信號(hào)送入信號(hào)處理系統(tǒng)中，將信號(hào)與預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算即可求出當(dāng)前該讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體的瞬時(shí)角位移。將不同讀取頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體在同一瞬間的瞬時(shí)角位移相減，即可求出讀取頭之間的角位移。如果兩個(gè)讀取頭讀取的是同一軌跡上的信息，則將兩個(gè)讀取頭輸出的信號(hào)之間進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算即可計(jì)算出兩者之間的角位移。然后根據(jù)所采用的聯(lián)動(dòng)方法所確定的讀取頭角位移與被測(cè)角位移之間的換算函數(shù)關(guān)系，即可求出被測(cè)角位移。
文檔編號(hào)G01B21/22GK101113897SQ20071007841
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
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