旋转角加速度传感器标定方法技术

本发明专利技术提供一种旋转角加速度传感器的标定方法，其步骤如下，一、标定装置通电后产生旋转磁场，获得旋转磁场一个周期内转过的角度表达式

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了一种角加速度传感器的标定方法，更具体的是涉及一种旋转角加速 度传感器的标定方法。
技术介绍
旋转角加速度是一个非常重要的动态角参量，通过对角加速度的测量，就可以分 析旋转系统转轴对各种激励的响应情况。目前，旋转角加速度测量在汽车、军事、航空航天、 工业、电子等多个领域得到了广泛的应用。 由于旋转角加速度的测量精度很大程度上依赖于标定的准确度，因此旋转角加速 度的校准技术也开始受到重视，国内外很多学者在这一方面进行了大量的研究。例如，北京 长城计量测试研究所设计了一种低频标准角振动台；中科院在线加速度传感器标定方法的 基础上，根据质量一转动惯量等效原理，提出了一种多维角加速度传感器的静态标定方法； 德国联邦物理技术研究院（PTB)在国际上率先建立了角振动国家标准装置，美国、日本、韩 国等许多国家的计量机构正在开展动态角运动校准技术研究；此外还有通过对角位移或者 角度进行微分处理后来校准角加速度的间接标定方法，但测量误差较大，不适于作为动态 角运动量计量标准的溯源途径。
技术实现思路
为了解决以上的不足，本专利技术提供了一种，能够 校准旋转角加速度传感器。 本专利技术提供：一种，其步骤如下， -、标定装置通电后产生旋转磁场，通过 获得旋转磁场一个周期内转过的角度沪(〇 ; 二、确定标定装置主、副绕组的有效匝数比K ; 三、利用步骤二中获得的有效匝数比K，以及标定装置的绕组电压参数，通过 获得旋转磁场的椭圆度a 四、利用椭圆度c^，并通过步骤一得到任意t时刻旋转磁场的角加速度公式 获得旋转角加速度量值。 五、同轴连接角加速度传感器与标定装置，测取传感器的输出电压，用以标定传感 器的灵敏度和线性误差； 六、改变标定装置的通电频率，获取频率变化的角加速度量值，用以标定角加速度 传感器的响应频率范围。 步骤二中，首先对主绕组施加额定电压U1N，获得i后对副绕组 施加电压u2，获彳|，将两者相乘获彳I.从而获得主副绕组 有效匝数比K=Γν?Ν2。 本专利技术能够对角加速度量值进行直接溯源，且标定装置产生的旋转角加速度量值 具有较高的信噪比，能够保证标定结果具有较高的准确度。【附图说明】 图1为标定装置绕组通电一个周期的脉振磁场波形图。 图2为旋转磁场示意图。 图3为旋转磁场角加速度波形图。 图4为标定装置绕组电压一磁通关系相量图。 图5(a)、图5(b)为测定标定装置主、副绕组有效匝数比原理图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术实施例作进一步说明： 本专利技术提供一种，用于校准旋转角加速度传感 器。 旋转角加速度激励源一般分为电磁式和电机式，而本专利技术基于角加速度激励源为 单相感应电动机。该单相感应电动机的定子绕组为主、副两相绕组，在空间上互相正交，且 副绕组一般为串接电容后与主绕组并联。当主、副绕组通入交流电后，两相绕组分别产生脉 振磁场，对两个脉振磁场在直轴和交轴这两个正交的方向进行分解，合成后分别为Φi(t) 和?2(t)，一个周期的波形如图1所示，其数学表达式为： 根据磁场合成法则，幅值不同的两个脉振磁场，合成后为如图2所示的旋转磁场， 其中为t时刻旋转磁场转过的角位移。 由图1和图2可知，当cot从0增至90°时，磁场义⑴幅值由0增至Φ1ηι，磁场 ①2(t)幅值一直为Ο;当ω?从90。增加时，开始开多成旋转磁场，转向为顺时针方向，当ω?从90。到180。变化时，0<炉坊<90,且有： 通过对式（2)进行二阶求导，即可得到任意t时刻旋转磁场的角加速度为：[00331 式中，.定义为旋转磁场的椭圆度。 单相感应电动机理想空载运行时，转子电流为零，转子与旋转磁场同步转动，即转 子的角加速度与旋转磁场的角加速度相同。假设交流电压为50Hz，则根据式（3)可知旋转 磁场的角加速度频率为100Hz，采用数值计算软件对a 〇. 8时旋转磁场的角加速度进行 仿真，结果如图3所示。 能够得出结论：如果能够测取旋转磁场的椭圆度信息<^，就可以根据式（3)得到 相应的转子旋转角加速度量值。 基于上述描述，首先去获得主、副绕组有效匝数比，为了获取旋转磁场的椭圆度信 息，需要测取主、副绕组的有效匝数比，测定方法如图5(a)和图5(b)所示。 首先对主绕组施加额定电压U1N，如图5(a)所示，产生的磁通量为，忽略主绕组 的漏阻抗，则存在： U1N^ 4.44ΓΝ!?! (4)， 设转子的结构参数为常数Ce，电动机空载运行，转速为ηι，则转子导条切割磁通量 Φ:产生的动生电动势为： Er= ΟβΦιηι (5)， 电动势的方向可以根据右手定则判断，如图5(a)所示。设转子导条的等效电阻为 R，则转子导条电流为： 假设电机磁路不饱和，磁化系数为β，则转子导条电流产生的磁通量为： ΦΓ= β?Γ (7)， 副绕组开路，则副绕组中的感应电动势为：E2= 4. 44fN2?r (8)， 联立式⑷~式（8)，可得： 然后对副绕组施加电压1]2，如图5(b)所示，产生的磁通量为Φ2，忽略副绕组的漏 阻抗，则存在： U2^ 4.44fN2?2 (10)， 电机同样空载运行，设此时转子转速为n2,则转子导条切割磁通量Φ2产生的动生 电动势为： Err= C eC>2n2 (11)， 感应电动势的方向用右手定则判断，如图5(b)所示。此时转子导条中的电流为： 假设电机磁路不饱和，则转子导条电流产生的磁通量为： ΦΓΓ= β i rr (13)， 主绕组开路，则主绕组中的感应电动势为： Ei= 4. 44fNi?rr (14)，联立式（10)~式（14)，可得： 式（9)与式（15)相乘可得： 根据式（16)可以得到主、副绕组的有效匝数比。 利用上述步骤获得主、副绕组的有效匝数比K=Ni/N2。 其次，利用得到的主、副绕组的有效匝数比，来得出椭圆度c^。其方法如下： 椭圆度的获取需要得到直轴和交轴两个正交方向脉振磁场的幅值。忽略主、副绕 组的漏阻抗，根据变压器公式，主绕组电压4与产生的磁通量#和副绕组电压[_/2与产生的 磁通量Φ2，满足方程： 式中f为通电频率，&和心分别为主、副绕组的有效匝数。由于电动机工作时为 副绕组串接电容后与主绕组并联，由此可知： 式中A为副绕组串接电容两端的电压。根据公式（17)和公式（18)得到的电 压-磁通相量关系如图4所示，图中Θ为主、副绕组电压的相位差，其大小可以通过余弦定 理获取。 将图中副绕组产生的磁通量进行分解，分量一与主绕组产生的磁通量方向一致， 分量二与主绕组产生的磁通量方向垂直，由此可得： 利用上个步骤中得到的主、副绕组的有效匝数比K，得出椭圆度，然后根据椭圆度 和公式3来获得相应的转子旋转角加速度量值。 同轴连接角加速度传感器与标定装置，测取传感器的输出电压，用以标定传感器 的灵敏度和线性误差。 改变标定装置的通电频率，获取频率变化的角加速度量值，用以标定角加速度传 感器的响应频率范围。 本专利技术阐述了旋转角加速度量值的获得方法，该方法能够对角加速度量值进行直 接溯源，且标定装置产生的角加速度量值具有较高的信噪比，能够保证标定结果具有较高 的准确度。 实施例不应视为对本专利技术的限制，但任何基于本专利技术的精神所作的改进，都应在 本专利技术的保护范围之内。【本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转角加速度传感器的标定方法，其特征在于：其步骤如下，一、标定装置通电后产生旋转磁场，通过获得旋转磁场一个周期内转过的角度二、确定标定装置主、副绕组的有效匝数比K；三、利用步骤二中获得的有效匝数比K，以及标定装置的绕组电压参数，通过αe=ΦqΦd=Φ2sinθΦ1+Φ2cosθ=U2/N2sinθU1/N1+U2/N2·cosθ=K·U2sinθU1+K·U2cosθ]]>获得旋转磁场的椭圆度αe；四、利用椭圆度αe，并通过步骤一得到任意t时刻旋转磁场的角加速度公式获得旋转角加速度量值。五、同轴连接角加速度传感器与标定装置，测取传感器的输出电压，用以标定传感器的灵敏度和线性误差；六、改变标定装置的通电频率，获取频率变化的角加速度量值，用以标定角加速度传感器的响应频率范围。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵浩，冯浩，吴晓阳，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33