本發(fā)明涉及太空推進(jìn)、流場(chǎng)控制及材料處理等領(lǐng)域，特別地，涉及一種機(jī)械軸承懸臂式?jīng)_量擺的數(shù)據(jù)處理方法及裝置。

背景技術(shù)：

太空飛行器的噴氣推進(jìn)、流場(chǎng)的射流調(diào)制、材料的束流加工等領(lǐng)域技術(shù)開發(fā)中，均存在測(cè)量某一瞬態(tài)過(guò)程產(chǎn)生的微小沖量的需求。懸臂式?jīng)_量擺是一種通過(guò)測(cè)量擺桿的擺動(dòng)角度間接得到微小沖量值的測(cè)量裝置，如圖1所示。其原理為：擺桿轉(zhuǎn)軸水平，重心位于轉(zhuǎn)軸下方，初始時(shí)刻擺桿處于自由懸垂且靜止?fàn)顟B(tài)；某一時(shí)刻擺桿下端受到一近乎瞬間作用的水平方向微小沖量，作用線與轉(zhuǎn)軸垂直，使擺桿偏離初始位置一定角度后回?cái)[，繞初始靜止位置作往復(fù)擺動(dòng)；若無(wú)轉(zhuǎn)軸摩擦和其它阻尼，根據(jù)能量守恒，沖量擺達(dá)到的最大擺角表征了初始角速度，據(jù)此可反算其受到的沖量值。由以上可知，準(zhǔn)確獲得理想最大擺角是精確測(cè)量這一微小沖量的關(guān)鍵。

采用機(jī)械軸承時(shí)，由于不可避免的轉(zhuǎn)軸摩擦的存在，即使其它非理想因素都被消除，沖量擺也將做往復(fù)阻尼擺動(dòng)，直至停止。其原始擺角-時(shí)間曲線類似一條幅值逐漸衰減的正弦曲線，如圖2所示。

目前，獲取沖量擺原始擺角-時(shí)間曲線的方法分為：

方法1、采用高速相機(jī)記錄擺桿擺動(dòng)過(guò)程的時(shí)間序列圖像，在后期圖像處理中通過(guò)與圖像中參照物(如標(biāo)有角度刻度的量角器)比較得到擺角-時(shí)間曲線。

方法2、采用某種原理的線位移傳感器，測(cè)定擺桿上固定點(diǎn)或者固定方向上的線位移-時(shí)間曲線，再將之換算為擺角-時(shí)間曲線。

方法3、通過(guò)固聯(lián)于沖量擺轉(zhuǎn)軸的角位移傳感器(如旋轉(zhuǎn)編碼器)直接敏感其轉(zhuǎn)角的實(shí)時(shí)變化，從而獲得擺角-時(shí)間曲線。

其中，對(duì)方法1而言，由于沖量擺到達(dá)最大擺角時(shí)刻是未知的，所采用相機(jī)的幀速、分辨率越高則捕捉到最大擺角的時(shí)刻越精確。對(duì)方法2而言，線位移的測(cè)量及向角位移換算，使測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜度較大。

相比之下，方法3簡(jiǎn)單可靠，可以相對(duì)直接地獲得擺角-時(shí)間信息，應(yīng)用更加廣泛。該方法的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是如何根據(jù)原始擺角—時(shí)間曲線確定沖量擺的理想最大擺角，即消除轉(zhuǎn)軸機(jī)械阻尼等干擾因素后的最大擺角。

然而，方法3中仍存在以下技術(shù)難題：

1、原始擺角-時(shí)間曲線上脈沖干擾量的剔除：在某些實(shí)驗(yàn)測(cè)量場(chǎng)合，產(chǎn)生脈沖沖量的瞬態(tài)過(guò)程可能伴隨強(qiáng)烈的電磁脈沖干擾因素(例如，采用高壓電容放電的脈沖氣體激光器對(duì)固體材料進(jìn)行燒蝕而產(chǎn)生脈沖沖量的場(chǎng)合)，這些干擾耦合到角位移傳感器的輸出中，使擺角-時(shí)間曲線在初始階段產(chǎn)生隨機(jī)跳變。不剔除干擾量直接進(jìn)行后續(xù)計(jì)算會(huì)得到錯(cuò)誤結(jié)果；若每次人工觀察并校正則較為繁瑣。

2、轉(zhuǎn)軸摩擦與空氣阻尼因素的剔除：沖量擺的擺桿由豎直靜止位置運(yùn)動(dòng)至最大擺角位置時(shí)，由于受到來(lái)自轉(zhuǎn)軸、空氣等摩擦阻尼等影響，實(shí)測(cè)的擺角最大幅值不代表沖量擺在所受沖量作用下無(wú)阻尼的最大擺角，據(jù)此計(jì)算獲得的沖量值將小于真實(shí)值。上述阻尼往往是轉(zhuǎn)角位置和速度的非線性函數(shù)，剔除方法不當(dāng)也將引起沖量估測(cè)值比實(shí)際值偏大或者偏小的誤差。

迄今未見對(duì)上述兩個(gè)技術(shù)難題的高質(zhì)量解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種采用編碼器測(cè)角的機(jī)械軸承懸臂式?jīng)_量擺的數(shù)據(jù)處理方法及裝置，以解決現(xiàn)有的沖量擺數(shù)據(jù)處理方法中未對(duì)原始擺角-時(shí)間信息中的脈沖干擾加以預(yù)處理，也未對(duì)沖量擺運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻尼加以剔除所造成的沖量誤差的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種數(shù)據(jù)處理方法，應(yīng)用于基于編碼器測(cè)角的機(jī)械軸承懸臂式?jīng)_量擺測(cè)沖量，包括步驟：

獲取原始擺角—時(shí)間曲線；

對(duì)原始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始階段跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取新的擺角—時(shí)間曲線；

對(duì)新的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理，獲取消除阻尼影響的理想最大擺角值；

根據(jù)獲取的理想最大擺角值，計(jì)算出作用于沖量擺的待測(cè)沖量。

進(jìn)一步地，對(duì)原始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始階段跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取新的擺角—時(shí)間曲線的步驟包括：

按照原始擺角—時(shí)間曲線中隨機(jī)出現(xiàn)的初始階段跳變中的跳動(dòng)方向和擺動(dòng)方向，對(duì)原始擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行分類劃分，將原始擺角-時(shí)間曲線分類劃分為初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線、初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線、初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線、初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線；

對(duì)于初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線或初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線，保持曲線的原始擺角數(shù)值不變；對(duì)于初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線或初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線，對(duì)原始跳變曲線的擺角數(shù)值取相反數(shù)，將初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線變換為新的初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線，將初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線變換為新的初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線；

以沖量擺的實(shí)際擺動(dòng)中心為新的零位，對(duì)新的初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線或新的初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線進(jìn)行歸零操作，獲取歸零后的擺角—時(shí)間曲線；

對(duì)歸零后的擺角—時(shí)間曲線中的擺角數(shù)值取絕對(duì)值，得到擺角絕對(duì)值—時(shí)間曲線，并從擺角絕對(duì)值—時(shí)間曲線中建立擺角峰值與對(duì)應(yīng)時(shí)刻的有序數(shù)對(duì)集。

進(jìn)一步地，對(duì)新的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理，獲取消除阻尼影響的理想最大擺角值的步驟包括：

以擺角峰值與對(duì)應(yīng)時(shí)刻的有序數(shù)對(duì)集為數(shù)據(jù)點(diǎn)集，做出擺角-時(shí)間關(guān)系的擬合曲線；

根據(jù)擬合的曲線，獲取消除阻尼影響的理想最大擺角值。

進(jìn)一步地，以擺角峰值與對(duì)應(yīng)時(shí)刻的有序數(shù)對(duì)集為數(shù)據(jù)點(diǎn)集，做出擺角-時(shí)間關(guān)系的擬合曲線的步驟包括：

用指數(shù)函數(shù)擬合擺角-時(shí)間關(guān)系。

進(jìn)一步地，根據(jù)獲取的理想最大擺角值，計(jì)算出作用于沖量擺的待測(cè)沖量的步驟包括：

獲取沖量擺中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置和沖量擺的臂長(zhǎng)；

根據(jù)獲取的沖量擺中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置、沖量擺的臂長(zhǎng)和理想最大擺角值，計(jì)算出沖量擺的待測(cè)沖量。

進(jìn)一步地，作用于沖量擺的待測(cè)沖量為：

其中，L為沖量擺的臂長(zhǎng)，m為所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，l_c為質(zhì)心到轉(zhuǎn)軸中心的距離，g為地球表面標(biāo)準(zhǔn)重力加速度值，θ₀為理想最大擺角值。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種數(shù)據(jù)處理裝置，應(yīng)用于基于編碼器測(cè)角的機(jī)械軸承懸臂式?jīng)_量擺測(cè)沖量，包括：

擺角獲取模塊，用于獲取原始擺角—時(shí)間曲線；

跳變處理模塊，用于對(duì)原始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始階段跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取新的擺角—時(shí)間曲線；

阻尼消除模塊，用于對(duì)新的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理，獲取消除阻尼影響的理想最大擺角值；

沖量計(jì)算模塊，用于根據(jù)獲取的理想最大擺角值，計(jì)算出作用于沖量擺的待測(cè)沖量。

進(jìn)一步地，跳變處理模塊包括：

分類單元，用于按照所述擺角-時(shí)間曲線分類方法實(shí)現(xiàn)對(duì)原始擺角—時(shí)間曲線的分類操作；

處理單元，用于按照所述擺角變換方法實(shí)現(xiàn)對(duì)擺角數(shù)值的變換；

歸零單元，用于按照所述擺角-時(shí)間曲線歸零方法實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過(guò)擺角變換后的擺角-時(shí)間曲線的歸零操作；

取值單元，用于按照所述取值方法實(shí)現(xiàn)建立擺角峰值與對(duì)應(yīng)時(shí)刻的有序數(shù)對(duì)集得操作。

進(jìn)一步地，阻尼消除模塊包括：

擬合單元，用于按照所述擬合方法實(shí)現(xiàn)根據(jù)擺角峰值與對(duì)應(yīng)時(shí)刻的有序數(shù)對(duì)集的擺角-時(shí)間關(guān)系的曲線擬合；

理想擺角獲取單元，用于按照所述取值方法實(shí)現(xiàn)對(duì)理想最大擺角值的獲取操作。

進(jìn)一步地，計(jì)算模塊包括：

參數(shù)獲取單元，用于按照所述參數(shù)獲取方法實(shí)現(xiàn)對(duì)沖量擺中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置和沖量擺臂長(zhǎng)的獲取操作；

沖量計(jì)算單元，用于按照所述沖量計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)沖量的計(jì)算操作。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的采用編碼器測(cè)角的機(jī)械軸承懸臂式?jīng)_量擺數(shù)據(jù)處理方法及裝置，通過(guò)對(duì)原始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始階段跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，克服了電磁脈沖干擾等因素造成的初始跳變，避免了繁瑣的人工觀察和干預(yù)，使數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一、批量地得到自動(dòng)處理；通過(guò)對(duì)預(yù)處理后的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理獲得理想的無(wú)阻尼最大擺角，使得沖量測(cè)量更加準(zhǔn)確。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是沖量擺優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是無(wú)干擾時(shí)典型的擺角—時(shí)間曲線；

圖3是本發(fā)明基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理方法第一實(shí)施例的流程示意圖；

圖4是圖3中對(duì)初始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取新的擺角—時(shí)間曲線的步驟的細(xì)化流程示意圖；

圖5是本發(fā)明中初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線示意圖；

圖6是本發(fā)明中初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線示意圖；

圖7是本發(fā)明中初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線示意圖；

圖8是本發(fā)明中初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線示意圖；

圖9是對(duì)正向跳變—正向擺動(dòng)曲線歸零后的擺角—時(shí)間曲線示意圖；

圖10是對(duì)初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線歸零后的擺角—時(shí)間曲線示意圖；

圖11是擺角絕對(duì)值擺角—時(shí)間曲線示意圖；

圖12是對(duì)多個(gè)擺角峰值進(jìn)行曲線擬合得到理想最大擺角值示意圖；

圖13是圖3中對(duì)新的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理，獲取消除阻尼影響的理想最大擺角值的步驟的細(xì)化流程示意圖；

圖14是圖3中根據(jù)獲取的理想最大擺角值，計(jì)算出沖量擺的待測(cè)沖量的步驟的細(xì)化流程示意圖；

圖15本發(fā)明基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理裝置的功能框圖；

圖16是圖15中跳變處理模塊的功能模塊示意圖；

圖17是圖15中阻尼消除模塊的功能模塊示意圖；

圖18是圖15中沖量計(jì)算模塊的功能模塊示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

10、擺角獲取模塊；20、跳變處理模塊；30、阻尼消除模塊；40、沖量計(jì)算模塊；21、分類單元；22、處理單元；23、歸零單元；24、取值單元；31、擬合單元；32、理想擺角獲取單元；41、參數(shù)獲取單元；42、沖量計(jì)算單元。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

參照?qǐng)D3，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理方法，應(yīng)用于沖量擺中，包括步驟：

步驟S100、獲取初始擺角—時(shí)間曲線。

對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出數(shù)據(jù)解碼后，獲得初始擺角—時(shí)間曲線。

步驟S200、對(duì)初始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取新的擺角—時(shí)間曲線。

對(duì)初始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取新的擺角—時(shí)間曲線，從而克服電磁干擾等因素造成的初始跳變的問(wèn)題，使測(cè)量數(shù)據(jù)的處理無(wú)須人為干預(yù)，自動(dòng)批量處理。

步驟S300、對(duì)新的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理，獲取消除阻尼影響的理想最大擺角值。

充分利用對(duì)新的擺角—時(shí)間曲線所包含的信息，對(duì)獲取的新的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理，消除空氣、機(jī)械等帶來(lái)的阻尼問(wèn)題，獲取無(wú)阻尼下的理想最大擺角值。

步驟S400、根據(jù)獲取的理想最大擺角值，計(jì)算出沖量擺的待測(cè)沖量。

根據(jù)獲取的理想最大擺角值，通過(guò)對(duì)應(yīng)的公式計(jì)算出沖量擺的待測(cè)沖量。

本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理方法，通過(guò)對(duì)初始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，克服了電磁干擾等因素造成的初始跳變，避免了繁瑣的人工觀察和干預(yù)，使數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一、批量地得到自動(dòng)處理；對(duì)于計(jì)算量所需要的理想最大擺角，采用對(duì)新的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理，使得沖量測(cè)量更加準(zhǔn)確。本發(fā)明排除干擾因素和阻尼的影響，使計(jì)算出來(lái)的待測(cè)沖量更加準(zhǔn)確，且自動(dòng)化程度高。

如圖4所示，圖4是圖3中步驟S200的細(xì)化流程示意圖，在本實(shí)施中，步驟S200包括：

步驟S210、按照初始擺角—時(shí)間曲線中隨機(jī)出現(xiàn)的初始跳變中的初始跳動(dòng)方向和初始擺動(dòng)方向，對(duì)初始擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行分類劃分，將初始跳變曲線分類劃分為初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線、初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線、初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線和初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線。

由于干擾因素的影響，初始擺角—時(shí)間曲線中將隨機(jī)出現(xiàn)初始跳變，按照初始跳動(dòng)方向和初始擺動(dòng)方向，如圖5至圖8所示，將呈現(xiàn)如下四種情況。

步驟S220、若初始跳變曲線為初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線或初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線，則保持初始跳變曲線的初始擺角數(shù)值不變；若初始跳變曲線為初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線或初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線，則對(duì)初始跳變曲線的擺角數(shù)值取反，將初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線變換為新的初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線，將初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線變換為新的初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線。

步驟S230、以沖量擺的實(shí)際擺動(dòng)中心為新的零位，對(duì)新的初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線或新的初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線進(jìn)行歸零操作，獲取歸零后的擺角—時(shí)間曲線。

以沖量擺的實(shí)際擺動(dòng)中心為新的零位，如圖9所示，對(duì)新的初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線進(jìn)行歸零操作。如圖10所示，對(duì)新的初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線進(jìn)行歸零操作，從而獲取歸零后的擺角—時(shí)間曲線。

步驟S240、對(duì)歸零后的擺角—時(shí)間曲線中的擺角數(shù)值取絕對(duì)值，得到擺角絕對(duì)值—時(shí)間曲線，并在擺角絕對(duì)值—時(shí)間曲線中建立擺角峰值與對(duì)應(yīng)時(shí)刻兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

對(duì)歸零位的擺角—時(shí)間曲線中的擺角數(shù)值取絕對(duì)值，如圖11所示，得到擺角絕對(duì)值—時(shí)間曲線，其中擺角的一系列峰值分別記為θ₁、θ₂、θ₃…，對(duì)應(yīng)時(shí)刻記為t₁、t₂、t₃…。

本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)于獲得的初始擺角-時(shí)間曲線進(jìn)行了預(yù)處理，克服了電磁干擾等因素造成的初始跳變，避免了繁瑣的人工觀察和干預(yù)，使數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一、批量地得到自動(dòng)處理。

如圖13所示，圖13是圖3中步驟S300的細(xì)化流程示意圖，在本實(shí)施中，步驟S300包括：

步驟S310、以擺角峰值為數(shù)據(jù)點(diǎn)，對(duì)多個(gè)擺角峰值進(jìn)行曲線擬合。

根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程，阻尼作用下擺角幅值將以底數(shù)為自然常數(shù)e的指數(shù)函數(shù)形式下降。因此，在本實(shí)施例中，以擺角峰值θ₁、θ₂、θ₃…和對(duì)應(yīng)時(shí)刻t₁、t₂、t₃…為數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)行形式的擬合，如圖11所示。

步驟S320、根據(jù)擬合的曲線，獲取消除阻尼影響的理想最大擺角值。

參見圖11，根據(jù)擬合的曲線，得到參數(shù)θ₀和C，其中θ₀即為消除阻尼影響的理想最大擺角值。

本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)于計(jì)算沖量所需要的理想最大擺角，采用對(duì)擺角峰值-時(shí)間曲線中多個(gè)擺角峰值進(jìn)行擬合的方法，充分利用了初始擺角-時(shí)間曲線所包含的信息，消除了空氣、機(jī)械等帶來(lái)的阻尼問(wèn)題，使得沖量測(cè)量更加準(zhǔn)確。

如圖14所示，圖14是圖3中步驟S400的細(xì)化流程示意圖，在本實(shí)施中，步驟S400包括：

步驟S410、獲取沖量擺中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置和沖量擺的臂長(zhǎng)。

對(duì)沖量擺的基本參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，獲取沖量擺中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量m、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J、質(zhì)心位置l_c和沖量擺的臂長(zhǎng)L，其中，沖量擺的臂長(zhǎng)L的作用點(diǎn)以轉(zhuǎn)軸中心開始起算。

步驟S420、根據(jù)獲取的沖量擺中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置、沖量擺的臂長(zhǎng)和理想最大擺角值，計(jì)算出沖量擺的待測(cè)沖量。

根據(jù)以下公式，計(jì)算出沖量擺的待測(cè)沖量：

其中，L為沖量擺的臂長(zhǎng)，m為所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，l_c為質(zhì)心位置，g為標(biāo)準(zhǔn)重力加速度，θ₀為理想最大擺角值。

本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理方法，只需預(yù)選獲取沖量擺設(shè)定的參數(shù)數(shù)值，即可根據(jù)公式即可自動(dòng)計(jì)算出理想最大擺角值，快捷方便且自動(dòng)化程度高。

如圖15所示，本實(shí)施例還提供一種基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理裝置，應(yīng)用于沖量擺中，包括：

擺角獲取模塊10，用于獲取初始擺角—時(shí)間曲線；跳變處理模塊20，用于對(duì)初始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取新的擺角—時(shí)間曲線；阻尼消除模塊30，用于對(duì)新的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理，獲取消除阻尼影響的理想最大擺角值；沖量計(jì)算模塊40，用于根據(jù)獲取的理想最大擺角值，計(jì)算出沖量擺的待測(cè)沖量。

擺角獲取模塊10通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出數(shù)據(jù)解碼后，獲得初始擺角—時(shí)間曲線；跳變處理模塊20對(duì)初始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取新的擺角—時(shí)間曲線，從而克服電磁干擾等因素造成的初始跳變的問(wèn)題，使測(cè)量數(shù)據(jù)的處理無(wú)須人為干預(yù)，自動(dòng)批量處理。阻尼消除模塊30充分利用對(duì)新的擺角—時(shí)間曲線所包含的信息，對(duì)獲取的新的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理，消除空氣、機(jī)械等帶來(lái)的阻尼問(wèn)題，獲取無(wú)阻尼下的理想最大擺角值。沖量計(jì)算模塊40根據(jù)獲取的理想最大擺角值，通過(guò)對(duì)應(yīng)的公式計(jì)算出沖量擺的待測(cè)沖量。

本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理裝置，通過(guò)對(duì)初始擺角—時(shí)間曲線中出現(xiàn)的初始跳變數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，克服了電磁干擾等因素造成的初始跳變，避免了繁瑣的人工觀察和干預(yù)，使數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一、批量地得到自動(dòng)處理；對(duì)于計(jì)算量所需要的理想最大擺角，采用對(duì)新的擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行阻尼消除處理，使得沖量測(cè)量更加準(zhǔn)確。本發(fā)明排除干擾因素和阻尼的影響，使計(jì)算出來(lái)的待測(cè)沖量更加準(zhǔn)確，且自動(dòng)化程度高。

如圖15所示，本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理裝置，跳變處理模塊20包括：

分類單元21，用于按照初始擺角—時(shí)間曲線中隨機(jī)出現(xiàn)的初始跳變中的初始跳動(dòng)方向和初始擺動(dòng)方向，對(duì)初始擺角—時(shí)間曲線進(jìn)行分類劃分，將初始跳變曲線分類劃分為初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線、初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線、初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線和初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線；處理單元22，用于若初始跳變曲線為初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線或初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線，則保持初始跳變曲線的初始擺角數(shù)值不變；若初始跳變曲線為初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線或初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線，則對(duì)初始跳變曲線的擺角數(shù)值取反，將初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線變換為新的初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線，將初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線變換為新的初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線；歸零單元23，用于以沖量擺的實(shí)際擺動(dòng)中心為新的零位，對(duì)新的初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線或新的初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線進(jìn)行歸零操作，獲取歸零后的擺角—時(shí)間曲線；取值單元24，用于對(duì)歸零后的擺角—時(shí)間曲線中的擺角數(shù)值取絕對(duì)值，得到擺角絕對(duì)值—時(shí)間曲線，并在擺角絕對(duì)值—時(shí)間曲線中建立擺角峰值與對(duì)應(yīng)時(shí)刻兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

由于干擾因素的影響，初始擺角—時(shí)間曲線中將隨機(jī)出現(xiàn)初始跳變，按照初始跳動(dòng)方向和初始擺動(dòng)方向，如圖5至圖8所示，將呈現(xiàn)如下四種情況，分別為初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線、初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線、初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線和初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線。處理單元22若識(shí)別到初始跳變曲線為初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線或初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線，則保持初始跳變曲線的初始擺角數(shù)值不變；若識(shí)別到初始跳變曲線為初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線或初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線，則對(duì)初始跳變曲線的擺角數(shù)值取反，相應(yīng)地，將初始負(fù)向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線變換為新的初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線，將初始負(fù)向跳變—正向擺動(dòng)曲線變換為新的初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線。歸零單元23以沖量擺的實(shí)際擺動(dòng)中心為新的零位，如圖9所示，對(duì)新的初始正向跳變—正向擺動(dòng)曲線進(jìn)行歸零操作。如圖10所示，對(duì)新的初始正向跳變—負(fù)向擺動(dòng)曲線進(jìn)行歸零操作，從而獲取歸零后的擺角—時(shí)間曲線。取值單元24對(duì)歸零后的擺角—時(shí)間曲線中的擺角數(shù)值取絕對(duì)值，如圖11所示，得到擺角絕對(duì)值—時(shí)間曲線，其中擺角的一系列峰值分別記為θ₁、θ₂、θ₃…，對(duì)應(yīng)時(shí)刻記為t₁、t₂、t₃…。

本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理裝置，對(duì)于獲得的初始擺角-時(shí)間曲線進(jìn)行了預(yù)處理，克服了電磁干擾等因素造成的初始跳變，避免了繁瑣的人工觀察和干預(yù)，使數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一、批量地得到自動(dòng)處理。

如圖17所示，本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理裝置，阻尼消除模塊30包括：

擬合單元31，用于以擺角峰值為數(shù)據(jù)點(diǎn)，對(duì)多個(gè)擺角峰值進(jìn)行曲線擬合；擺角值獲取單元32，用于根據(jù)擬合的曲線，獲取消除阻尼影響的理想最大擺角值。

根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程，阻尼作用下擺角幅值將以底數(shù)為自然常數(shù)e的指數(shù)函數(shù)形式下降。因此，在本實(shí)施例中，擬合單元31以擺角峰值θ₁、θ₂、θ₃…和對(duì)應(yīng)時(shí)刻t₁、t₂、t₃…為數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)行形式的擬合，如圖11所示，理想擺角獲取單元32根據(jù)擬合的曲線，得到參數(shù)θ₀和C，其中θ₀即為消除阻尼影響的理想最大擺角值。

本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理裝置，對(duì)于計(jì)算沖量所需要的理想最大擺角，采用對(duì)擺角峰值-時(shí)間曲線中多個(gè)擺角峰值進(jìn)行擬合的方法，充分利用了初始擺角-時(shí)間曲線所包含的信息，消除了空氣、機(jī)械等帶來(lái)的阻尼問(wèn)題，使得沖量測(cè)量更加準(zhǔn)確。

如圖18所示，本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理裝置，沖量計(jì)算模塊40包括：

參數(shù)獲取單元41，用于獲取沖量擺中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置和沖量擺的臂長(zhǎng)；沖量計(jì)算單元42，用于根據(jù)獲取的沖量擺中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置、沖量擺的臂長(zhǎng)和理想最大擺角值，計(jì)算出沖量擺的待測(cè)沖量。

對(duì)沖量擺的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，參數(shù)獲取單元41獲取沖量擺中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量m、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J、質(zhì)心位置l_c和沖量擺的臂長(zhǎng)L，其中，沖量擺的臂長(zhǎng)L的作用點(diǎn)以轉(zhuǎn)軸中心開始起算。

沖量計(jì)算單元42根據(jù)以下公式，計(jì)算出沖量擺的待測(cè)沖量：

其中，L為沖量擺的臂長(zhǎng)，m為所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總質(zhì)量，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，l_c為質(zhì)心位置，g為標(biāo)準(zhǔn)重力加速度，θ₀為理想最大擺角值。

本實(shí)施例提供的基于沖量擺的數(shù)據(jù)處理裝置，只需預(yù)選獲取沖量擺設(shè)定的參數(shù)數(shù)值，即可根據(jù)公式即可自動(dòng)計(jì)算出理想最大擺角值，快捷方便且自動(dòng)化程度高。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。