一种光学感知器及直升机桨叶扭转角度测量方法

本发明涉及航空测试，特别是涉及一种光学感知器及直升机桨叶扭转角度测量方法。

背景技术：

1、直升机旋翼桨叶扭转角是指桨叶相对于其旋转轴线的扭转角度。桨叶扭转角的变化会导致旋翼产生不同程度的升力和阻力，进而影响直升机的升降、转向和稳定性能。正确调整和控制旋翼扭转角可以有效地改善直升机的操纵性能，降低噪声水平，提高其在不同飞行状态下的效率和稳定性。因此，在直升机设计、制造和运营过程中，对旋翼桨叶扭转角进行准确测量至关重要。

2、目前对直升机桨叶扭转角的测量采用非接触式测量方式，主要是基于立体视觉的方式。通过高清高速摄像机捕捉安装在桨叶根部的不同类型标记点的图像，采用立体视觉的图像处理技术获取标记点的三维坐标，通过旋翼低速旋转且桨叶无扭转情况下建立的桨叶标记点参考三维坐标与实际测试条件下桨叶标记点的三维坐标的差异来计算桨叶扭转角。

3、现有基于立体视觉的方式需要高清高速摄像机、同步倍频触发装备以及高性能图像处理设备等，需要在桨叶上安装标记点，且需要提前进行坐标的标定，采集图像后后端需要进行复杂的图像处理与分析，测量方法操作复杂，费时费力，适合于具备实验条件的试验室等内部场所，不适合于需要实时在线测量的室外环境。

技术实现思路

1、本发明提供了一种光学感知器及直升机桨叶扭转角度测量方法，解决了现有基于立体视觉的方式需要高清高速摄像机、同步倍频触发装备以及高性能图像处理设备等，需要在桨叶上安装标记点，且需要提前进行坐标的标定，采集图像后后端需要进行复杂的图像处理与分析，测量方法操作复杂，费时费力，适合于具备实验条件的试验室等内部场所，不适合于需要实时在线测量的室外环境的问题。

2、本发明提供一种光学感知器，包括：

3、暗箱，其顶部开设有入射光光径孔，底部开设有与入射光光径孔对称的出射光光径孔；可见光从入射光光径孔射入，从出射光光径孔射出；

4、光敏器件，设置在所述出射光光径孔下方，用于接收从出射光光径孔射出的可见光，并按可见光的光线强度的大小成比例的输出电流信号；

5、光电转换电路板，设置在所述光敏器件底部，与光敏器件电连接，用于将电流信号按设定倍数转换为电压信号；

6、光电信号调理板，设置在所述光电转换电路板下方，与光电转换电路板电连接，用于将电压信号进行调理输出为ttl电平脉冲信号。

7、优选的，所述暗箱顶部固定设有平面滤波镜片，所述平面滤波镜片用于对除可见光外其他波长的光进行过滤。

8、优选的，所述暗箱内壁设有螺纹，所述螺纹用于对其他角度入射的杂散光进行消除。

9、优选的，还包括壳体，所述光敏器件、光电转换电路板和光电信号调理板均设置在壳体内部，所述光敏器件焊接在光电转换电路板顶部。

10、优选的，所述光电信号调理板通过航空插座与采集处理终端连接。

11、优选的，所述壳体顶部与暗箱固定连接，底部连接有底座，所述底座上开设有安装孔。

12、一种基于光学传感器的直升机桨叶扭转角度测量方法，包括以下步骤：

13、将所述光学感知器安装固定在直升机桨叶的桨尖位置下方，可见光沿光线感知路径进入光学感知器内部；

14、采集直升机运转状态下的桨叶经过光线感知路径时的ttl电平脉冲信号，得到ttl电平脉冲信号变化过程中低电平的时间间隔；

15、获取桨叶宽度与时间间隔的比例对应关系式，将时间间隔代入至比例对应关系式中，得到桨叶扭转角度。

16、优选的，所述关系式如下所示：

17、

18、式中，α为桨叶扭转角度，tm为时间间隔，ts为桨叶扭转角度为0时的参考时间间隔。

19、优选的，桨叶未经过光线感知路径时，光敏器件感知背景光线的光学强度，光电信号调理板输出高电平ttl电平脉冲信号；

20、桨叶前缘经过光线感知路径时，桨叶对背景光线的遮挡作用导致光敏器件感知的光学强度变小，光电信号调理板输出ttl电平脉冲信号由高变低；

21、桨叶后缘经过光线感知路径后，桨叶对背景光线不再遮挡，光敏器件感知的光学强度变大，光电信号调理板输出ttl电平脉冲信号由低变高；

22、桨叶离开光线感知路径后，光电信号调理板持续输出高电平ttl电平脉冲信号直至下一片桨叶进入光线感知路径。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、本发明首先提出了一种光学感知器，采用光敏器件、光电转换电路板和光电信号调理板，将可见光的强度变化转换为ttl电平脉冲信号，基于该光学感知器提出了一种直升机桨叶扭转角度测量方法，首先将光学感知器安装固定在直升机桨叶的桨尖位置下方，可见光沿光线感知路径进入光学感知器内部，然后采集直升机运转状态下的桨叶经过光线感知路径时的ttl电平脉冲信号，得到ttl电平脉冲信号变化过程中低电平的时间间隔，最后将时间间隔代入至比例对应关系式中，得到桨叶扭转角度。相比于立体视觉测量方式，本发明直接利用桨叶遮挡光学感知器上方光线，引起光学强度的变化来实现桨叶扭转角的非接触式实时在线测量，方法操作简单，无须安装任何标记物，无需测量标定，节省大量人力物力财力，可适应于试验室以及外场各类应用场景。

技术特征：

1.一种光学感知器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种光学感知器，其特征在于，所述暗箱顶部固定设有平面滤波镜片，所述平面滤波镜片用于对除可见光外其他波长的光进行过滤。

3.如权利要求1所述的一种光学感知器，其特征在于，所述暗箱内壁设有螺纹，所述螺纹用于对其他角度入射的杂散光进行消除。

4.如权利要求1所述的一种光学感知器，其特征在于，还包括壳体，所述光敏器件、光电转换电路板和光电信号调理板均设置在壳体内部，所述光敏器件焊接在光电转换电路板顶部。

5.如权利要求1所述的一种光学感知器，其特征在于，所述光电信号调理板通过航空插座与采集处理终端连接。

6.如权利要求4所述的一种光学感知器，其特征在于，所述壳体顶部与暗箱固定连接，底部连接有底座，所述底座上开设有安装孔。

7.一种基于权利要求1所述的光学感知器的直升机桨叶扭转角度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的一种直升机桨叶扭转角度测量方法，其特征在于，所述关系式如下所示：

9.如权利要求7所述的一种直升机桨叶扭转角度测量方法，其特征在于，桨叶未经过光线感知路径时，光敏器件感知背景光线的光学强度，光电信号调理板输出高电平ttl电平脉冲信号；

技术总结本发明公开了一种光学感知器及直升机桨叶扭转角度测量方法，涉及航空测试技术领域，该方法包括以下步骤：将光学感知器安装固定在直升机桨叶的桨尖位置下方，可见光沿光线感知路径进入光学感知器内部；采集直升机运转状态下的桨叶经过光线感知路径时的TTL电平脉冲信号，得到TTL电平脉冲信号变化过程中低电平的时间间隔；获取桨叶宽度与时间间隔的比例对应关系式，将时间间隔代入至比例对应关系式中，得到桨叶扭转角度。本发明直接利用桨叶遮挡光学感知器上方光线，引起光学强度的变化来实现桨叶扭转角的非接触式实时在线测量，方法操作简单，无须安装任何标记物，无需测量标定，节省大量人力物力财力。技术研发人员：孙灿飞受保护的技术使用者：上海工程技术大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17