CN110260835B - 一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法及装置，涉及角度测量的技术领域，待测量装置具有可变夹角机构，上述方法包括：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度，在待测量装置的可变夹角机构在夹角角度下获取待测量装置的可变夹角机构的固有频率；基于待测量装置的可变夹角机构的夹角角度以及待测量装置的可变夹角机构的固有频率获取待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系；获取待测量装置的可变夹角机构的第一频率并基于待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系获取待测量装置的可变夹角机构的第一频率下的可变夹角角度。本发明可以缓解现有技术中测量方法易受环境影响的技术问题。

Description

一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法及装置

技术领域

本发明涉及角度测量方法的技术领域，尤其是涉及一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法及装置。

背景技术

为了实现对装备的制造、控制以及测量，需要对某一具体部件进行角度测量。常用角度测量方法有基于磁性编码器的角度测量、基于光学编码器的角度测量、基于线阵电荷耦合器件的角度测量以及基于三轴加速度计的角度测量。

磁性编码器通常由分布在夹角两侧的多极磁铁与霍尔传感器组成，因为磁性编码器具有造价低廉、非直接接触测量以及使用寿命长等优点，因此在工业生产中得到广泛应用。然而，因为磁性编码器在工作时需要电磁屏蔽，并且磁极需要精确校准，所以，基于磁性编码器的角度测量方式中的磁耦合与封装的设计成本较高。

光学编码器由码盘、光源和感光传感器组成。因为角度测量精度远高于基于磁性编码器的角度测量方式，因此，基于光学编码器的角度测量方式广泛应用于高精度测量的场合。此外，基于光学编码器的角度测量方式同样也具有非直接接触测量的优点。然而，基于光学编码器的角度测量方式在封装和装配校准等方面要求较高，并且测量精度易受环境影响，例如，有遮挡或不透明等工作环境。

上述两种角度测量方式都需要在夹角关节部位安装测量元件。当需要，测量角度的夹角关节部位的几何尺寸小于测量元件安装尺寸时，上述角度测量方式就难以应用。

综上所述，现有技术中的角度测量方法存在易受环境影响的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法及装置，以缓解现有技术中角度测量方法易受环境影响的技术问题。

本发明提供了一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法，待测量装置具有可变夹角机构，包括：

S1：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度，以及在所述待测量装置的可变夹角机构在夹角角度下，获取待测量装置的可变夹角机构的固有频率；

S2：基于待测量装置的可变夹角机构的夹角角度以及所述待测量装置的可变夹角机构的固有频率获取待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系；

S3：获取待测量装置的可变夹角机构的第一频率并基于所述待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系获取所述待测量装置的可变夹角机构的第一频率下的可变夹角角度。

优选的，在步骤S1中：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度，以及在所述待测量装置的可变夹角机构在夹角角度下，获取待测量装置的可变夹角机构的固有频率的步骤包括：

S101：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度上限α₁、角度步长Δα；

S102：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的第二角度并判断所述第二角度是否超过角度上限α₁；

若否，则获取测量装置的可变夹角机构的第二角度下的固有频率后对所述角度步长Δα对所述第二角度进行更新，并重新执行所述获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度上限α₁、角度步长Δα的步骤；

若是，则获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度上限α₁下的固有频率。

本发明还提供了一种利用固有频率测量可变夹角角度的装置，包括：

数据获取模块：用于获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度，以及在所述待测量装置的可变夹角机构在夹角角度下，获取待测量装置的可变夹角机构的固有频率；

对应关系获取模块：用于基于待测量装置的可变夹角机构的夹角角度以及所述待测量装置的可变夹角机构的固有频率获取待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系；

角度获取模块：用于获取待测量装置的可变夹角机构的第一频率并基于所述待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系获取所述待测量装置的可变夹角机构的第一频率下的可变夹角角度。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法及装置，待测量装置具有可变夹角机构，上述包括：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度以及在待测量装置的可变夹角机构的夹角角度下的获取待测量装置的可变夹角机构的固有频率；基于待测量装置的可变夹角机构的夹角角度以及待测量装置的可变夹角机构的固有频率获取待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系；获取待测量装置的可变夹角机构的第一频率并基于待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系获取待测量装置的可变夹角机构的第一频率下的可变夹角角度。可以缓解现有技术中角度测量方法易受环境影响的技术问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种利用固有频率测量可变夹角角度的装置结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于具体的具有可变夹角的机构，夹角角度与固有频率之间存在对应关系。本发明基于夹角角度与固有频率之间的对应关系提供了一种利用固有频率测量具有可变夹角的机构的夹角角度的方法，不用安装在需要角度测量的机构的夹角关节部位，对夹角关节部位的几何尺寸没有要求，因此，本发明更适合于几何尺寸较小的夹角关节部位的角度测量场合，尤其是用于微型机构的角度测量场合。相比于基于磁性编码器的角度测量方式，本发明不需要进行电磁屏蔽。相比于基于光学编码器的角度测量方式，本发明可用于有遮挡或不透明的工作环境。综上可知，针对具有可变夹角的机构的夹角角度测量，本发明基于夹角角度与固有频率之间的对应关系提出了一种很有应用前景的方法。

基于此，本发明实施例提供的一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法及装置，可以缓解现有技术中的角度测量方法易受环境影响的技术问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法进行详细介绍：

实施例一：

本发明实施例一提供了一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法，其核心思想为待测量装置可变机构与待测量装置具有唯一的对应关系，并利用对应关系可以通过测量固有频率可以获取待测量装置可变夹角的角度值，本发明具体按照如下步骤进行：

在本发明提供的实施例中，首先需要获取待测量装置可变夹角角度与固有频率的对应关系，具体包括：

S1：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度，以及在所述待测量装置的可变夹角机构在夹角角度下，获取待测量装置的可变夹角机构的固有频率；

具体的，为了使固有频率的更为精确，上述待测量装置的可变夹角机构的固有频率包括高阶频率；

具体的，在步骤S1中，包括：

S101：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度上限α₁、角度步长Δα；

S102：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的第二角度并判断所述第二角度是否超过角度上限α₁；

若否，则获取测量装置的可变夹角机构的第二角度下的固有频率后对所述角度步长Δα对所述第二角度进行更新，并重新执行所述获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度上限α₁、角度步长Δα的步骤；

进一步的，采用如下公式进行更新：

β₂＝β₁+Δα；

β₂—更新后的第二角度；

β₁—原第二角度；

在此采样次数为：

α₁—待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度上限；

α₂—待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度下限；

Δα—角度步长；

int—取整数；

若是，则获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度上限α₁下的固有频率。

S2：基于待测量装置的可变夹角机构的夹角角度以及所述待测量装置的可变夹角机构的固有频率获取待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系；

通过S1与S2，即可获取待测量装置的可变夹角角度与待测量装置固有频率的对应关系，获取待测量装置的固有频率即可获取待测量装置的可变夹角机构的角度值，具体执行S3

S3：获取待测量装置的可变夹角机构的第一频率并基于所述待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系获取所述待测量装置的可变夹角机构的第一频率下的可变夹角角度。

实施例二：

本发明实施例二提供了利用固有频率测量可变夹角角度的装置，具体包括：

数据获取模块：用于获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度，以及在所述待测量装置的可变夹角机构在夹角角度下，获取待测量装置的可变夹角机构的固有频率；

对应关系获取模块：用于基于待测量装置的可变夹角机构的夹角角度以及所述待测量装置的可变夹角机构的固有频率获取待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系；

角度获取模块：用于获取待测量装置的可变夹角机构的第一频率，并基于所述待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系获取所述待测量装置的可变夹角机构的第一频率下的可变夹角角度。

本发明提供的实施例具有如下效果：

1)本发明针对具有可变夹角的机构的夹角角度测量提出了一种新的角度测量方式；

2)本发明中的测量元件不用安装在需要角度测量的机构的夹角关节部位，对夹角关节部位的几何尺寸没有要求，更适合于几何尺寸较小的夹角关节部位的角度测量场合，尤其是用于微型机构的角度测量场合；

3)相比于基于磁性编码器的角度测量方式，本发明不需要进行电磁屏蔽；

4)相比于基于光学编码器的角度测量方式，本发明可用于有遮挡或不透明的工作环境。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种利用固有频率测量可变夹角角度的方法，其特征在于，待测量装置具有可变夹角机构，包括：

S1：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度，以及在所述待测量装置的可变夹角机构在夹角角度下，获取待测量装置的可变夹角机构的固有频率；

S2：基于待测量装置的可变夹角机构的夹角角度以及所述待测量装置的可变夹角机构的固有频率获取待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系；

S3：获取待测量装置的可变夹角机构的第一频率，并基于所述待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系获取所述待测量装置的可变夹角机构的第一频率下的可变夹角角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度，以及在所述待测量装置的可变夹角机构在夹角角度下，获取待测量装置的可变夹角机构的固有频率的步骤包括：

S101：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度上限α₁、角度步长Δα；

S102：获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的第二角度并判断所述第二角度是否超过角度上限α₁；

若否，则获取测量装置的可变夹角机构的第二角度下的固有频率后对所述角度步长Δα对所述第二角度进行更新，并重新执行所述获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度上限α₁、角度步长Δα的步骤；

若是，则获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度的角度上限α₁下的固有频率。

3.一种利用固有频率测量可变夹角角度的装置，其特征在于，包括：

数据获取模块：用于获取待测量装置的可变夹角机构的夹角角度，以及在所述待测量装置的可变夹角机构在夹角角度下，获取待测量装置的可变夹角机构的固有频率；

对应关系获取模块：用于基于待测量装置的可变夹角机构的夹角角度以及所述待测量装置的可变夹角机构的固有频率获取待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系；

角度获取模块：用于获取待测量装置的可变夹角机构的第一频率，并基于所述待测可变夹角机构的夹角角度与固有频率的对应关系获取所述待测量装置的可变夹角机构的第一频率下的可变夹角角度。

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