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一种物体重心测量方法

阅读：692发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种物体重心测量方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种物体重心测量方法，在被测物体的外空间放置一高精度重力梯度测量装置，通过改变被测物体的相对位置以改变周围引力场，变化的引力场被重力梯度测量装置敏感到，其输出与被测物体重心位置有关的重力梯度信息，根据万有引力定律，可以确定出被测物体的重心位置。本发明所提出的物体重心测量方法新颖独特，不需要复杂的物体吊装平台或载重平台，无需接触被测物体，并且对物体形状或质量分布无任何要求，是一种实用的物体重心测量方法。，下面是一种物体重心测量方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种物体重心测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)对重力梯度测量装置进行物体重心测量前的操作，具体内容有：
建立重力梯度测量装置的坐标系为东北天地理坐标系，记为oxyz，原点o为重力梯度测量装置的测量中心，将被测物体放置在东北天地理坐标系中任意位置；
2)计算被测物体重心对坐标系原点o的3个交叉重力梯度分量分别为：
其中，x,y,z为被测物体重心坐标，k为重力梯度计算系数，R为被测物体重心到原点o的距离，Γxy为x轴上的重力加速度在y轴方向上的空间导数，Γxz为x轴上的重力加速度在z轴方向上的空间导数，Γyz为y轴上的重力加速度在z轴方向上的空间导数；
3)对重力梯度测量装置的重力梯度零位进行置零操作，将被测物体沿x轴方向朝zoy平面平移，直到重力梯度分量Γxy、Γxz等于零为止，此时zoy平面与被测物体相交，二者的交线为A截交线；然后平移被测物体，使zoy平面与被测物体不再相交；接着将被测物体沿y轴方向朝zox平面平移，直到重力梯度分量Γxy、Γyz等于零为止，此时zox平面与被测物体相交，二者的交线为B截交线；然后平移被测物体，使zox平面与被测物体不再相交；接着将被测物体沿z轴方向朝xoy平面平移，直到重力梯度分量Γxz、Γyz等于零为止，此时xoy平面与被测物体相交，二者的交线为C截交线；所述A截交线围成的A截平面、B截交线围成的B截平面和C截交线围成的B截平面的交点即为被测物体的重心。
2.根据权利要求1所述的物体重心测量方法，其特征在于，所述步骤1)的重力梯度测量装置为能够测量全部梯度张量的全张量重力梯度测量仪器。
3.根据权利要求1或2所述的物体重心测量方法，其特征在于，所述步骤3)中，沿x轴方向朝zoy平面平移，是保持被测物体的z坐标和y坐标不变，平移改变x坐标，沿y轴方向朝zox平面平移，是保持被测物体的z坐标和x坐标不变，平移改变y坐标，沿z轴方向朝xoy平面平移，是保持被测物体的x坐标和y坐标不变，平移改变z坐标。

说明书全文

一种物体重心测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种物体重心测量方法，尤其涉及一种适用于大型无规则物体重心的测量方法，属精密测量技术领域。

背景技术

[0002] 重心位置在工程上具有重要意义。例如，起重机若能正常工作，其重心位置必须合适；舰船的浮升稳定性也与重心位置有关。重心的位置不仅与物体的形状有关，还跟物体的质量分布有关，特别是无规则的大型物体，如何高效、精确的测出其重心给科技工作者带来挑战。传统的物体重心测量方法大多数采用吊装翻转机构或安装复杂的压力传感器测量网络来实现，操作繁琐，费时费力，且精度难以得到保证。

发明内容

[0003] 技术问题：本发明提供一种无需接触被测物体、操作简单、实现方便，具有重要实用价值的物体重心测量方法，该方法可以实现任何无规则物体，特别是大型无规则物体的重心测量。

[0004] 技术方案：本发明的物体重心测量方法，包括以下步骤：

[0005] 1)对重力梯度测量装置进行物体重心测量前的操作，具体内容有：

[0006] 建立重力梯度测量装置的坐标系为东北天地理坐标系，记为oxyz，原点o为重力梯度测量装置的测量中心，将被测物体放置在东北天地理坐标系中任意位置；

[0007] 2)计算被测物体重心对坐标系原点o的3个交叉重力梯度分量分别为：

[0008]

[0009] 其中，x,y,z为被测物体重心坐标，k为重力梯度计算系数，R为被测物体重心到原点o的距离，Γxy为x轴上的重力加速度在y轴方向上的空间导数，Γxz为x轴上的重力加速度在z轴方向上的空间导数，Γyz为y轴上的重力加速度在z轴方向上的空间导数；

[0010] 3)对重力梯度测量装置的重力梯度零位进行置零操作，将被测物体沿x轴方向朝zoy平面平移，直到重力梯度分量Γxy、Γxz等于零为止，此时zoy平面与被测物体相交，二者的交线为A截交线；然后平移被测物体，使zoy平面与被测物体不再相交；接着将被测物体沿y轴方向朝zox平面平移，直到重力梯度分量Γxy、Γyz等于零为止，此时zox平面与被测物体相交，二者的交线为B截交线；然后平移被测物体，使zox平面与被测物体不再相交；接着将被测物体沿z轴方向朝xoy平面平移，直到重力梯度分量Γxz、Γyz等于零为止，此时xoy平面与被测物体相交，二者的交线为C截交线；所述A截交线围成的A截平面、B截交线围成的B截平面和C截交线围成的B截平面的交点即为被测物体的重心。

[0011] 进一步的，本发明方法中，所述步骤1)的重力梯度测量装置为能够测量全部梯度张量的全张量重力梯度测量仪器。

[0012] 进一步的，本发明方法中，步骤3)中，沿x轴方向朝zoy平面平移，是保持被测物体的z坐标和y坐标不变，平移改变x坐标，沿y轴方向朝zox平面平移，是保持被测物体的z坐标和x坐标不变，平移改变y坐标，沿z轴方向朝xoy平面平移，是保持被测物体的x坐标和y坐标不变，平移改变z坐标。

[0013] 本发明中，在被测物体的外空间放置一高精度重力梯度测量装置，通过改变被测物体的相对于重力梯度测量装置的位置来改变周围引力场，变化的引力场被重力梯度测量装置敏感到，由于输出的重力梯度信息与被测物体的重心位置有关，根据重力梯度测量装置的输出信息可以确定出被测物体的重心位置。

[0014] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

[0015] 本发明给出的物体重心测量方法新颖独特。常见的物体重心测量方法采用物体吊装、反转机构或者设置复杂的压力传感器测量网络，但这些方法都必须直接与被测物体接触，一旦接触物体就会对物体重心测量造成影响。本发明给出的重心测量方法是采用改变引力场的方法实现的，在测量过程中不会对物体进行直接接触，因此提高了物体重心测量精度，并且对物体形状或质量分布无任何要求。附图说明

[0016] 图1为物体重心测量示意图。

[0017] 图2为在zoy平面对物体的剖面示意图。

[0018] 图3为在zox平面对物体的剖面示意图。

[0019] 图4为在xoy平面对物体的剖面示意图。

具体实施方式

[0020] 下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步地说明。

[0021] 1)对重力梯度测量装置进行物体重心测量前的操作，具体内容有：

[0022] 建立重力梯度测量装置的坐标系为东北天地理坐标系，记为oxyz，原点o为重力梯度测量装置的测量中心，将被测物体放置在东北天地理坐标系中任意位置；

[0023] 2)计算被测物体重心对坐标系原点o的3个交叉重力梯度分量分别为：

[0024]

[0025] 其中，x,y,z为被测物体重心坐标，k为重力梯度计算系数，R为被测物体重心到原点o的距离，Γxy为x轴上的重力加速度在y轴方向上的空间导数，Γxz为x轴上的重力加速度在z轴方向上的空间导数，Γyz为y轴上的重力加速度在z轴方向上的空间导数；

[0026] 3)对重力梯度测量装置的重力梯度零位进行置零操作，消除周围环境对重力梯度测量的影响。将被测物体沿x轴方向朝zoy平面平移，直到重力梯度分量Γxy、Γxz等于零为止，此时zoy平面与被测物体相交，二者的交线为A截交线，如图2示意图；

[0027] 4)平移被测物体，使zoy平面与被测物体不再相交；接着将被测物体沿y轴方向朝zox平面平移，直到重力梯度分量Γxy、Γyz等于零为止，此时zox平面与被测物体相交，二者的交线为B截交线，如图3示意图；

[0028] 5)平移被测物体，使zox平面与被测物体不再相交；接着将被测物体沿z轴方向朝xoy平面平移，直到重力梯度分量Γxz、Γyz等于零为止，此时xoy平面与被测物体相交，二者的交线为C截交线，如图4示意图；

[0029] 6)所述A截交线围成的A截平面、B截交线围成的B截平面和C截交线围成的B截平面的交点即为被测物体的重心。

[0030] 应理解上述实施例仅用于说明本发明技术方案的优选实施方式，而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改和替换均落于本申请权利要求所限定的保护范围。

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