技术领域
[0001] 本实用新型涉及惯性器件测试及应用技术的技术领域，具体涉及一种便携式速度测试装置。
背景技术
[0002] 惯性导航的核心元件是
加速度计和
陀螺仪，利用
传感器的测量信息可计算出载体的
姿态、速度、
位置等导航参数。但是，在惯性导航领域，我们通常需要建立一个不同的速度大小、
精度、误差的速度模型来为惯性导航设备组合速度做一些试验验证。
[0003] 为此，我们通常会安装GPS或者
里程计，通过提取相应的速度来表示当前载体运动速度。然而，由于航空、航海等复杂的环境下，所需要的速度并不是绝对正确的，而GPS或者里程计能够提供非常准确的速度，使得GPS或者里程计无法模拟出复杂环境下的载体运动速度，即使在GPS或者里程计上人为加上白噪声，也不能真实的反应载体速度误差情况，同时，也不能良好地在试验中反应出一些规律。实用新型内容
[0004] 针对
现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种获取载体转动速度、转动方向以及转动
角度等数据，为惯性导航设备速度试验提供支持的便携式速度测试装置。
[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
[0006] 一种便携式速度测试装置，包括安装壳体，所述安装壳体侧面设置有固定件，所述安装壳体内依次固定设置有测试单元以及驱动测试单元的驱动单元；
[0007] 所述驱动单元包括MCU、与MCU电连接的上位机以及分别与MCU电连接的励磁
信号转换模
块、多通道AD
采样以及
电机驱动模块；所述测试单元包括
伺服电机以及与伺服电机轴连接的旋转
变压器，所述
旋转变压器分别与励磁信号转换模块、多通道AD采样模块电连接，所述伺服电机与所述电机驱动模块电连接；
[0008] 通过MCU发送第一方波信号至励磁信号转换模块，所述励磁信号转换模块将信号传递至旋转变压器的原边输入端，启动旋转变压器；当测试外部载体运动时，通过固定件连接外部载体的
转轴，使得外部载体的转轴带动安装壳体整体转动，再通过多通道AD采样模块获取旋转变压器的副边输出端的信号，得到外部载体的转动数据并传给MCU；当调试伺服电机运动时，通过上位机下发转动速度、转动方向以及转动角度指令至MCU，改变MCU发送第二方波信号的占空比，并发送至电机驱动模块，所述电机驱动模块驱动伺服电机转动，使得旋转变压器转动，并通过多通道AD采样模块采集伺服电机的转动数据。
[0009] 名词说明：
[0010] 1、旋转变压器是一种测量角度用的小型交流
电动机，用来测量旋转物体的转轴
角位移和
角速度，由
定子和
转子组成；其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁
电压，励磁
频率通常用400、3000及5000HZ等；转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。
[0011] 2、MCU为
单片机，是把
中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边
接口，甚至LCD驱动
电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。
[0012] 本方案的工作原理：
[0013] 当测试外部载体运动时，外部载体的转轴带动固定有旋转变压器和伺服电机的安装壳体整体转动，多通道AD采样模块去采集信号传给MCU，根据采集的外部载体运动速度构建速度误差模型，并在MCU进行编程；当伺服电机通电时，由上位机下发转动速度、转动方向以及转动角度指令至MCU，MCU再通过电机驱动模块去控制伺服电机转动，通过多通道AD采样模块采集伺服电机的运动数据，进而通过多通道AD采样模块、励磁信号转换模块以及电机驱动模块实现准确测量转动速度和准确控制转动角度的目的。
[0014] 进一步，所述安装壳体内设置有用于固定伺服电机的固定座，所述固定座内设置有
轴承，所述轴承均布在所述伺服电机的转轴前后端。由于伺服电机的转轴在转动过程中，会出现
摩擦力过大而卡死的情况，因此，采用提高零件的表面加工精度减少零件装配的摩擦，且伺服电机的转轴前后端装有轴承保证转动灵活，且前后端都有固定座保证转动时位置不变。
[0015] 进一步，所述伺服电机的转轴上设置有呈半圆形的通孔，所述旋转变压器的转轴插入所述通孔，使用时通过所述伺服电机的转轴带动旋转变压器转动。该方式为伺服电机和旋转变压器的轴连接的方式，使得伺服电机的转轴带动旋转变压器转动。
[0016] 进一步，所述旋转变压器的转轴呈半圆柱。这样设计，使得旋转变压器的转轴与通孔卡紧连接，防止旋转变压器的转轴打滑。
[0017] 进一步，所述上位机根据所获得安装壳体整体运动速度绘出合成的实时速度信息并保存数据。
[0018] 进一步，所述第一方波产生励磁信号触发旋转变压器，且第一方波返回至MCU作为外部中断信号，所述第二方波改变占空比，改变电机驱动模块的极性可变直流电压。
[0019] 进一步，所述MCU内设置有第一
定时器和第二定时器，所述第一定时器接收外部载体中断信号后启动，并进行计时，所述第二定时器用于对多通道AD采样模块采样进行计时。
[0020] 进一步，所述电机驱动模块的输出端为-28v至+28v的电压。
[0021] 进一步，所述上位机下发转动速度、转动方向以及转动角度的指令，改变第二方波的占空比，从而改变电机驱动模块输出端直流电压的大小以及极性，并改变伺服电机的转动状态。
[0022] 进一步，在所述MCU上设置有多次角度量减速模块。通过多次角度量减速模块来调整运动参数，使其能够在最大转动速度之下的任何速度工作下误差保持一致，不随时间累加。
[0023] 与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
[0024] 1、本实用新型在断开伺服电压的情况下，将安装壳体的固定件与外部载体的转轴相连接，通
过采样、计算得到转动速度并发送至上位机或惯性导航设备，以需要的协议、格式发送给需求方；在连接伺服电压的情况下，通过上位机指令达到任意角度、匀速、变速旋转的目的，为我们一些试验提供支持。
[0025] 2、本实用新型针对于转动角度的控制，在
软件上根据转动过程中当前的角度量进行了多次减速设计，调整参数，使其能够在最大转动速度之下的任何速度工作下误差保持一致，不随时间累加，能够准确的实现停止。
[0026] 3、本实用新型针对于转轴与安装壳体之间会由于
摩擦力过大而卡死，为了避免该情况的发生，采用提高零件的表面加工精度减少零件装配的摩擦，且转轴前后端装有轴承保证转动灵活，且前后端都有固定座保证转动时位置不变。
附图说明
[0027] 图1为本实用新型便携式速度测试装置的结构示意图。
[0028] 图2为便携式速度测试装置的工作方法的
框架图。
[0029] 图中：安装壳体1、固定件2、伺服电机3、第一轴承4、第二轴承5、旋转变压器6、固定座7。
具体实施方式
[0030] 下面将结合附图及
实施例对本实用新型作进一步说明。
[0031] 本实施例：参见图1-图2，一种便携式速度测试装置，包括安装壳体1，安装壳体1内依次固定设置有测试单元以及驱动测试单元的驱动单元；驱动单元包括MCU以及分别与MCU电连接的励磁信号转换模块、多通道AD采样以及电机驱动模块，MCU通过多种通讯模式与外界连通；测试单元包括伺服电机3以及与伺服电机3轴连接的旋转变压器6，旋转变压器6分别电连接励磁信号转换模块和多通道AD采样模块，伺服电机与电机驱动模块电连接，电机驱动模块的输出端为-28v至+28v的电压。
[0032] 安装壳体1侧面设置有固定件2，固定件2可采用卡槽等方式；安装壳体1内设置有固定座7，固定座7内设置有第一轴承4和第二轴承5，第一轴承4与第二轴承5分布在伺服电机3的转轴前后端，由于伺服电机3的转轴在转动过程中，会出现摩擦力过大而卡死的情况，因此，采用提高零件的表面加工精度减少零件装配的摩擦，且伺服电机3的转轴前后端装有第一轴承4和第二轴承5保证转动灵活，且前后端都有固定座7保证转动时位置不变。
[0033] 另外，伺服电机3的转轴上设置有呈半圆形的通孔，旋转变压器6的转轴插入通孔，旋转变压器6的转轴呈半圆柱，使用时通过伺服电机3的转轴带动旋转变压器6转动，使得旋转变压器6的转轴与通孔卡紧连接，防止旋转变压器6的转轴打滑，伺服电机3的转轴带动旋转变压器6转动。
[0034] 通过MCU发送第一方波信号至励磁信号转换模块，励磁信号转换模块将信号传递至旋转变压器的原边输入端，启动旋转变压器；当测试外部载体运动时，通过固定件2连接外部载体的转轴，使得外部载体的转轴带动安装壳体1整体转动，通过多通道AD采样模块采集旋转变压器6的数据并传给MCU；当调试伺服电机3运动时，由上位机下发转动速度、转动方向以及转动角度指令至MCU，改变MCU发送第二方波信号的占空比，并发送至电机驱动模块，电机驱动模块驱动伺服电机3转动，并通过多通道AD采样模块采集伺服电机3的运动数据。
[0035] 第一方波产生励磁信号触发旋转变压器6，且第一方波返回至MCU作为外部中断信号，第二方波改变占空比，改变电机驱动模块的极性可变直流电压，MCU内设置有第一定时器和第二定时器，第一定时器接收外部载体中断信号后启动，并对多通道AD采样模块采样数据进行计时，第二定时器用于对第二方波进行计时，第二方波初始状态为50%的占空比，使得伺服电机3静止。
[0036] 上位机根据所获得安装壳体1整体运动速度绘出合成的实时速度信息并保存数据，上位机下发速度给定值为转动速度、转动方向以及转动角度，改变第二方波的占空比，从而改变电机驱动模块输出端直流电压的大小以及极性的目的，改变伺服电机3的转动状态，在MCU上设置有多次角度量减速模块。通过多次角度量减速模块来调整运动参数，使其能够在最大转动速度之下的任何速度工作下误差保持一致，不随时间累加。
[0037] 其工作过程如下：
[0038] 1）将伺服电机3和旋转变压器6均固定在安装壳体1，旋转变压器6与伺服电机3轴连接，启动外部载体，外部载体的转轴带动安装壳体1整体转动。
[0039] 其中，外部载体可一直运动着的，待本实用新型装置通电后，就可开始对外部载体进行采集；在本实用新型装置通电时，如外部载体不转动时，所采集到的值为0，角度累加量为0。
[0040] 2）断开伺服电机3，MCU以第一方波为
输出信号，通过励磁信号转换模块产生
正弦波作为旋转变压器6的励磁信号，并输入至旋转变压器6的原边输入端，启动旋转变压器，第一方波再返回至MCU作为外部中断信号，触发MCU内第一定时器，将第一方波当作一个多通道AD采样模块采样时的信号，这样的优点在于：可以把这个中断延迟一定的时间（ms级延迟），使得采样的时候恰好是采样的正弦波、余弦波的波峰。
[0041] 再通过第一定时器对多通道AD采样模块定时采集旋转变压器的数据并传给MCU，经MCU计算获得安装壳体整体的速度和角速度并通过串口发送上传至上位机或惯性导航设备，这样的优点在于：传给上位机是为了自己观测，传给惯性导航设备是因为惯性导航设备需要这个速度工作，这样更加直观。
[0042] MCU根据采集的外部载体运动速度构建速度误差模型，并在MCU进行编程，上位机再根据所获得安装壳体1整体的速度和角速度绘出合成后的实时速度信息并保存数据；还可以通过多种通讯模式向外传输至需求方。
[0043] 说明：1）和2）是组成本实用新型的第一个功能，采集外部载体速度，在采集之前，需要断开伺服电机3，这样设计，就是为了避免外部载体强制转时，烧芯片；而外部载体速度是载体自己决定的，只需采集这个速度，通过编程对该速度建立速度误差模型，然后把合成的速度通过串口、CAN口或者网口的方式传递给惯性导航设备，用于惯性导航设备组合导航。
[0044] 当第一方波发出来的时候，一分为二，一路给励磁信号转换模块产生正弦波，一路做外部中断给MCU，这个时候就开始采集了，第一定时器也开始计时了，有了多通道AD采样模块后算出的角度以及第一定时器的时间，最后计算得到速度值。
[0045] 3）连接伺服电机3至电机驱动模块输出端，通过上位机对MCU下发速度给定值，改变MCU发送的第二方波的占空比，使得伺服电机3转动，并触发第二定时器，第二定时器对多通道AD采样模块采集进行计时，通过多通道AD采样模块获得伺服电机3的转动角度累加量，并计算出预计速度，预计速度与速度给定值进行对比，并反馈至MCU以确认速度给定值是否准确。
[0046] 第二方波通过电机驱动模块的极性可变直流电压控制伺服电机3转动，使得旋转变压器6产生正、余弦信号输入至多通道AD采样模块，在第一定时器开启下，并与多通道AD采样模块相配合，获得伺服电机3的速度和角速度。
[0047] 另外，第二方波初始状态为50%的占空比，使得伺服电机3静止，当上位机下发速度给定值为转动速度、转动方向以及转动角度，改变第二方波的占空比，从而改变电机驱动模块输出端直流电压的大小以及极性的目的，改变伺服电机3的转动状态。
[0048] 而电机驱动模块的输出端为-28v至+28v的电压，这个电压由电压转化模块提供，电压转化模块电连接AC/DC电源模块，通过
开关启动AC/DC电源模块，并驱动伺服电机3转动，正向电压就正转，反向电压就反转，当上位机下发速度给定值后，改变第二方波占空比就会导致电压变化，电压一变，电机就会根据电压的大小而转动得快与慢，电压越大就越快。
[0049] 说明：3）和4）组成本实用新型的第二个功能，需要连接伺服电机3，当本实用新型装置通电时，MCU会初始化，就会把第二方波占空比调整为50%，当上位机下发速度给定值，MCU收到指令后就改变第二方波的占空比，占空比改变，则电机驱动模块两端的电压就改变了，则电机转动，连接着的旋转变压器转轴以及对外的固定件就会跟着转动，可以带动外部载体转动。这个功能主要是为了以不同的速度转动外部载体。
[0050] 其次，实用新型人在第一次测试本实用新型装置时，发现上位机下发指令的速度值和多通道AD采样模块算出的速度值不一致，为了解决该问题，实用新型人通过第二定时器对多通道AD采样模块采集进行计时，在调试本实用新型装置的程序，这样，根据多通道AD采样模块和第二定时器定时算出真实的速度值。
[0051] 4）根据多通道AD采样模块反馈的转动角度累加量调整第二方波的占空比，直至调整正确后，当需要实现
指定转动角度（圈数）时，可根据AD采样反馈的角度累加量来实时调整第二方波的占空比，在上机位上做多级减速设计，确保能及时停止。
[0052] 举例说明：如上位机发送的值为100°/s，MCU程序中给定了70%的第二方波占空比，这个时候安装壳体整体开始转动，多通道AD采样模块采集速度为80°/s，并反馈给了上位机，我们就知道了80°/s才和70%占空比匹配，那么我们就可以在MCU
修改一下程序，当收到上位机发送的值为80°/s时，程序设定第二方波占空比为70%，这样就对应上了。找好对应关系，我们就可以用上位机发多大值，实际就多大速度去转动。
[0053] 在MCU的程序中，我们会根据上位机发送的要求转动的角度值来做处理，当转到这个角度后就停止转动。（例子：上位机发送：正转+80°/s+3600000°，则就会以正转方向，80°/s的速度转动，直到转满3600000°后停止）。
[0054] 整个速度测试中，有两个定时器，第一定时器是伴随多通道AD采样模块调整采样点时刻；第二定时器是针对
驱动电机转动时测量速度过程中进行计时，用来调整上位机发送的速度值大小是否和真正的转动速度是否对应得上，以调好匹配关系为目的。
[0055] 针对于转动角度的控制，在软件上根据转动过程中当前的角度量进行了多次减速设计，调整参数，使其能够在最大转动速度之下的任何速度工作下误差保持一致，不随时间累加，能够准确的实现停止。
[0056] 在断开伺服电压的情况下，将安装壳体1的固定件2与外部载体的转轴相连接，通过采样、计算得到转动速度并发送至上位机或惯性导航设备，且以需要的协议、格式发送给需求方；在连接伺服电压的情况下，通过上位机指令达到任意角度、匀速、变速旋转的目的，为我们一些试验提供支持。
[0057] 最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本
发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
