一种舞台吊杆高度监测系统及其监测方法转让专利

申请号 : CN201610269701.4

文献号 : CN105807281B

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法律信息:

相似专利:

发明人 : 王汉熙陶雨庭郑晓钧胡佳文肖乐沈任斌

申请人 : 武汉理工大学

摘要 :

本发明涉及光栅传感器领域,提供一种舞台吊杆高度监测系统及其监测方法,该系统包括声波接收单元、声波发射单元以及光纤光栅传感器,所述声波发射单元由依次连接的单片机、发射驱动电路、定向发射换能器组成,所述声波接收单元由悬臂梁、外壳和安装在外壳上带有滤网的外盖组成,所述悬臂梁上设有光纤光栅传感器,所述光纤光栅传感器与光纤光栅解调仪相连,光纤光栅解调仪与计算机相连,所述定向发射换能器和声波接收单元均固定于吊杆上。本发明能够对舞台吊杆高度进行实时精确监测,并且结构简单,使用方便。

权利要求 :

1.一种舞台吊杆高度的监测方法,该方法使用的监测系统包括声波接收单元、声波发射单元以及光纤光栅传感器,所述声波发射单元由依次连接的单片机、发射驱动电路、定向发射换能器组成,所述声波接收单元由悬臂梁、外壳和安装在外壳上带有滤网的外盖组成,所述悬臂梁上设有光纤光栅传感器,所述光纤光栅传感器与光纤光栅解调仪相连,光纤光栅解调仪与计算机相连,所述定向发射换能器和声波接收单元均固定于吊杆上;

其特征是该方法包括以下步骤:

(1)开始工作时,计算机对单片机发射开始工作信号,单片机接受到开始工作信号后,进行初始化,使其满足发射一定时间长度t1的100Hz的脉冲的要求;

(2)在单片机开始发射脉冲的同时向计算机发射脉冲开始信号;当脉冲信号达到一定的时间 后,单片机停止发射;

(3)在发射驱动电路接受到单片机发射的脉冲信号后,对脉冲信号进行功率放大,使其驱动固定在吊杆上的定向发射换能器发射定向舞台台面的声波;

(4)舞台台面反射声波,引起固定在吊杆上的接收单元的悬臂梁振动,悬臂梁弯曲,从而引起贴合在悬臂梁上的光纤中光的波长变化;

(5)计算机接受到脉冲开始信号后,开始计时,当时间为 ,Smin为最小的测量高度时,启动光纤光栅解调仪;

(6)光纤光栅解调仪将波长信号转化为数字信号λ,送入计算机中;

(7)计算机将送入的数字信号λ转换成光纤的应变量ε,  ,其中 为与光栅有关的常数,它与光栅的型号及光纤的固定方式相关, 为光栅的原始波长转化的数字信号,为每个光栅特定的值,同时采用中心频率为100Hz的数字滤波器,对转化后的应变值进行滤波处理;

(8)对滤波后的信号进行判断,判断其是否超过阈值,该阈值为5 10倍的环境噪声,并~持续一时间,持续一定时间是为了用于判断,信号的可靠性,判断其是100Hz的脉冲信号,而不是干扰信号,如果没有满足要求,则继续重复(7)中的操作;

(9)如果满足,则停止计时,得到计时的时间t3;高度 。

2.根据权利要求1所述的舞台吊杆高度的监测方法,其特征是:所述光纤光栅传感器包括光纤和Bragg光栅,所述Bragg光栅布置于光纤上,所述光纤均匀贴合在悬臂梁上。

说明书 :

一种舞台吊杆高度监测系统及其监测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光栅传感器领域,具体的说是一种舞台吊杆高度监测系统及其监测方法,用于实时监测吊杆的高度。

背景技术

[0002] 舞台吊杆是舞台上用于悬挂灯光、幕布、场景、演出吊架、特种表演器材的一种升降设备。
[0003] 根据舞台布景要求,单根吊杆必须准确地升降到确定高度(而且吊杆左右一致),多根吊杆必须相互协同高度,才能最大限度地为舞台效果服务。在舞台演出中,往往要求对多根吊杆同时进行操作,由于场间转换时间紧迫,目测空间狭小,操作难度极高,准确度难以保证,这就要求发明一种舞台吊杆高度实时监测装置,为舞台吊杆高度自动化操作提供技术保障。
[0004] 现有的吊杆高度监测方法主要有两种:一是利用多圈电位器,通过减速齿轮安装在吊杆减速机的输出轴上,这种监测装置虽然价格便宜,但检测精度较低,误差大,误差高达5~10cm;二是利用旋转编码器监测,但该设备价格昂贵,且与其配套的采集设备性能要求较高,采集设备的价格也比较高,从而增加了整个监测系统的制造成本。

发明内容

[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处,提供一种舞台吊杆高度监测系统及其监测方法,能够对舞台吊杆高度进行实时精确监测,其结构简单,使用方便。
[0006] 本发明的目的是通过如下技术措施来实现的:一种舞台吊杆高度监测系统,包括声波接收单元、声波发射单元以及光纤光栅传感器,所述声波发射单元由依次连接的单片机、发射驱动电路、定向发射换能器组成,所述声波接收单元由悬臂梁、外壳和安装在外壳上带有滤网的外盖组成,所述悬臂梁上设有光纤光栅传感器,所述光纤光栅传感器与光纤光栅解调仪相连,光纤光栅解调仪与计算机相连,所述定向发射换能器和声波接收单元均固定于吊杆上。
[0007] 在上述技术方案中,所述光纤光栅传感器包括光纤和Bragg光栅,所述Bragg光栅布置于光纤上,所述光纤均匀贴合在悬臂梁上。
[0008] 本发明还提供一种上述舞台吊杆高度监测系统的监测方法,包括以下步骤:
[0009] (1)开始工作时,计算机对单片机发射开始工作信号,单片机接受到开始工作信号后,进行初始化,使其满足发射一定时间长度t1的100Hz的脉冲的要求;
[0010] (2)在单片机开始发射脉冲的同时向计算机发射脉冲开始信号;当脉冲信号达到一定的时间 后,单片机停止发射;
[0011] (3)在发射驱动电路接受到单片机发射的脉冲信号后,对脉冲信号进行功率放大,使其驱动固定在吊杆上的定向发射换能器发射定向舞台台面的声波;
[0012] (4)舞台台面反射声波,引起固定在吊杆上的接收单元的悬臂梁振动,悬臂梁弯曲,从而引起贴合在悬臂梁上的光纤中光的波长变化;
[0013] (5)计算机接受到脉冲开始信号后,开始计时,当时间为 ,Smin为最小的测量高度时,启动光纤光栅解调仪;
[0014] (6)光纤光栅解调仪将波长信号转化为数字信号λ,送入计算机中;
[0015] (7)计算机将送入的数字信号λ转换成光纤的应变量ε, ,其中 为与光栅有关的常数,它与光栅的型号及光纤的固定方式相关, 为光栅的原始波长转化的数字信号,为每个光栅特定的值,同时采用中心频率为100Hz的数字滤波器,对转化后的应变值进行滤波处理;
[0016] (8)对滤波后的信号进行判断,判断其是否超过阈值,该阈值为5 10倍的环境噪~声,并持续一时间,持续一定时间是为了用于判断,信号的可靠性,判断其是100Hz的脉冲信号,而不是干扰信号,如果没有满足要求,则继续重复(7)中的操作;
[0017] (9)如果满足,则停止计时,得到计时的时间t3;高度 。
[0018] 本发明舞台吊杆高度监测系统与现有技术相比具有以下优点:
[0019] 一,利用声呐系统对舞台吊杆高度进行实时监测;
[0020] 二,能够实现吊杆左右位置的一致化;
[0021] 三,利用光纤光栅传感器减小误差,同时光纤光栅传声器还可以屏蔽外来干扰;
[0022] 四,可以实现集成控制,通过误差校核,确保各吊杆高度测高一致;
[0023] 五,安装方便,使用简单。

附图说明

[0024] 图1为本发明的安装示意图。
[0025] 图2为本发明中声波接收单元的示意图。
[0026] 图3为本发明中悬臂梁部分的俯视图。
[0027] 图4为本发明的工作原理图。
[0028] 图5为本发明的工作方法流程图。
[0029] 其中:1.吊杆,2.定向发射换能器,3.声波接收单元,4.外壳,5.带有滤网的外盖,6.悬臂梁,7.光纤,8.Bragg光栅。

具体实施方式

[0030] 下面将结合附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0031] 如图1、2、3所示,本实施例提供一种舞台吊杆高度监测系统,包括声波接收单元3、声波发射单元以及光纤光栅传感器,所述声波发射单元由依次连接的单片机、发射驱动电路、定向发射换能器2组成,所述声波接收单元由悬臂梁6、外壳4和安装在外壳上带有滤网的外盖5组成,所述悬臂梁6上设有光纤光栅传感器,所述光纤光栅传感器与光纤光栅解调仪相连,光纤光栅解调仪与计算机相连,所述定向发射换能器2和声波接收单元3均固定于吊杆1上。在定向发射换能器2的两边安装有声波接收单元3,同时定向发射换能器2在发射时,声波接收单元3不工作,在定向发射换能器2发射后,间隔一段时间,声波接收单元3才开始工作。
[0032] 在上述实施例中,所述光纤光栅传感器包括光纤7和Bragg光栅8,所述Bragg光栅8布置于光纤7上,所述光纤7均匀贴合在悬臂梁6上。
[0033] 使用时,如图4、5所示,本发明舞台吊杆高度监测系统的具体监测流程如下:
[0034] (1)开始工作时,计算机对单片机发射开始工作信号,单片机接受到开始工作信号后,进行初始化,使其满足发射一定时间长度t1的100Hz的脉冲的要求;
[0035] (2)在单片机开始发射脉冲的同时向计算机发射脉冲开始信号;当脉冲信号达到一定的时间 后,单片机停止发射;
[0036] (3)在发射驱动电路接受到单片机发射的脉冲信号后,对脉冲信号进行功率放大,使其驱动固定在吊杆上的定向发射换能器2发射定向舞台台面的声波;
[0037] (4)舞台台面反射声波,引起固定在吊杆上的声波接收单元的悬臂梁6振动,悬臂梁6弯曲,从而引起贴合在悬臂梁6上的光纤7中光的波长变化;
[0038] (5)计算机接受到脉冲开始信号后,开始计时,当时间为 ,Smin为最小的吊杆测量高度时,启动光纤光栅解调仪;
[0039] (6)光纤光栅解调仪将波长信号转化为数字信号λ,送入计算机中;
[0040] (7)计算机将送入的数字信号λ转换成光纤的应变量ε, ,其中 为与光栅有关的常数,它与光栅的型号及光纤的固定方式相关, 为光栅的原始波长转化的数字信号,为每个光栅特定的值,同时采用中心频率为100Hz的数字滤波器,对转化后的应变值进行滤波处理;
[0041] (8)对滤波后的信号进行判断,判断其是否超过阈值,该阈值为5 10倍的环境噪~声,并持续一时间,持续一定时间是为了用于判断,信号的可靠性,判断其是100Hz的脉冲信号,而不是干扰信号,如果没有满足要求,则继续重复(7)中的操作;
[0042] (9)如果满足,则停止计时,得到计时的时间t3、吊杆高度 。
[0043] 本说明书中未作详细描述的内容,属于本专业技术人员公知的现有技术。