一种用于惯性传感器交叉耦合系数测试的水平激振装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于惯性传感器交叉耦合系数测试的水平激振装置，包括：悬挂结构、激振单元和调节机构；悬挂结构用于惯性传感器的固定连接，采用多个簧片式悬挂，具有水平刚度小，交叉抑制比大的优点；激振单元采用多组线圈和永磁体相互作用产生运动所需要的力，可以通过控制驱动线圈中电流的大小以及对非驱动线圈进行反馈控制来抑制垂向的角运动以及非敏感轴水平线运动；调节机构用于调节多个簧片的有效工作长度，保证整个装置在工作时簧片的有效长度一致。本发明专利技术采用的悬挂结构、激振单元以及调节机构的设计能够解决现有技术中由于各个自由度之间的运动耦合比较大导致无法使激振装置产生较纯净的水平振动的问题。

A Horizontal Excitation Device for Measuring Cross-Coupling Coefficient of Inertial Sensors

The invention discloses a horizontal excitation device for measuring cross-coupling coefficient of inertial sensors, which includes: suspension structure, excitation unit and adjusting mechanism; suspension structure is used for fixed connection of inertial sensors and adopts multiple spring suspension, which has the advantages of small horizontal stiffness and large cross-restraint ratio; excitation unit uses the interaction of multiple coils and permanent magnets to generate motion. The required force can suppress the vertical angular motion and the horizontal motion of the non-sensitive axis by controlling the current in the driving coil and feedback control of the non-driving coil. The adjusting mechanism is used to adjust the effective working length of multiple reeds to ensure that the effective length of the reed is the same in the whole device. The suspension structure, excitation unit and adjusting mechanism adopted in the invention can solve the problem that the excitation device can not produce relatively pure horizontal vibration in the prior art due to the large motion coupling between each degree of freedom.

【技术实现步骤摘要】
一种用于惯性传感器交叉耦合系数测试的水平激振装置
本专利技术属于惯性传感器测试
，更具体地，涉及一种用于惯性传感器交叉耦合系数测试的水平激振装置。
技术介绍
水平线加速度交叉耦合噪声是限制惯性传感器测量分辨率的主要因素，在惯性传感器的研制中需要测量水平线运动交叉耦合系数，运用的测量方法是通过水平激振装置驱使惯性传感器在水平方向做谐波振动，从仪器的输出信号中提取同频同相信号(水平线运动交叉耦合误差信号)，经过数据处理得到仪器在该自由度的交叉耦合系数。由于各个非敏感轴自由度的运动(垂向、旋转、倾斜)均会到惯性传感器的输出中，无法准确的测出水平线运动交叉耦合系数。为了能够独立精确的测出水平线运动交叉耦合系数，要求水平激振装置在水平线运动的同时，尽可能的不产生其他自由度的运动，即：需要一种振动较为纯净的水平激振装置。现有的技术中，水平激振装置有机械式、液压式、气浮式等类型，这些虽已成功的实现商业化应用，但因各个自由度之间的运动耦合比较大，无法使激振装置产生较纯净的水平振动；此外，这些激振装置多是运用滑轨连接的方式限制装置的运动方向，其中气浮式滑轨不易控制，液压式滑轨比较复杂，普通机械式滑轨存在摩擦，无法满足惯性传感器交叉耦合系数的测试需求。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于惯性传感器交叉耦合系数测试的水平激振装置，旨在解决现有技术中由于各个自由度之间的运动耦合比较大导致无法使激振装置产生较纯净的水平振动的问题。本专利技术提供了一种用于惯性传感器交叉耦合系数测试的水平激振装置，包括：悬挂结构、激振单元和调节机构；所述悬挂结构用于惯性传感器的固定连接，所述悬挂模块采用多个簧片连接；所述激振单元用于产生运动所需的激振力，激振单元包括四个激振模块，每个激振模块包括两个螺线管线圈与一个永磁体，四个激振模块左右、前后对称分布，每个激振模块中的两个螺线管线圈等距轴对称分布在永磁体的两边，左右和前后两组激振模块的线圈和永磁体的极性完全反对称分布；所述调节机构用于调节多个簧片的有效工作长度，保证整个装置在工作时簧片的有效长度一致，避免引入其他自由度振动。其中，激振力是一种无接触式的作用力，通过控制线圈中的电流来控制力的大小和方向，同时能够补偿安装误差所引入的垂向角运动。其中，激振单元中的四个激振模块左右、前后对称分布，左右和前后激振模块的驱动方向与两个水平方向一致，每个激振模块中的两个螺线管线圈等距轴对称分布在永磁体的两边，左右和前后两组激振模块的线圈和永磁体的极性完全反对称分布。四个激振模块的布局设计能在两个水平方向上提供比较大的激振力，实现两个水平方向线运动。四个激振模块的布局设计能够降低激励力的非线性和磁场对测试装置的干扰，同时可以对非激励线圈进行反馈控制，抑制非激励方向的水平线运动。作为本专利技术的一个实施例，所述悬挂结构中的簧片可以为四个，四个簧片平行对称分布。作为本专利技术的另一个实施例，悬挂结构中的簧片可以为八个，四个为一组，每一组中的四个簧片平行对称分布，两组簧片通过中间承接板垂直90°连接。八个簧片为待测试装置提供较大的垂向刚度和倾斜刚度，同时，又能保证待测试装置与簧片在两个水平方向组成的弹簧振子的刚度较小。八个簧片中的下面一组簧片直接与上固定板的簧片固定夹具固定连接，将上面一组簧片和中间承接板及其上面的簧片固定夹具拆掉，其他设计不变，能够实现振动较为纯净的单自由度水平线运动。其中，簧片的形状为矩形条状，所述簧片的厚度为0.1mm～2mm。更进一步地，悬挂结构还包括：第一夹具，上固定板，中间承接板，永磁体支架，底部悬挂板，安装螺丝，加速计，支撑板，第二夹具和第三夹具；第一夹具，所述第二夹具和第三夹具用于固定连接簧片；上固定板和中间承接板用于上下簧片的转接；底部悬挂板用于固定连接永磁体支架；安装螺丝用于将底部悬挂板和支撑板固定连接；加速计用于测量待测试装置的加速度；支撑板用于固定连接所述待测试装置。更进一步地，激振单元还包括：吊杆，下固定板，螺线管线圈支架，螺线管线圈骨架和永磁体支架；吊杆用于刚性固定连接所述下固定板；下固定板用于固定连接螺线管线圈支架；所述螺线管线圈支架用于支撑连接螺线管线圈骨架；所述螺线管线圈骨架用于绕制螺线管线圈；所述永磁体支架用于固定永磁体。更进一步地，调节机构包括：簧片调节夹具和三个调节杆；三个调节杆均匀的连接在上固定板和中间承接板之间，用于调节中间承接板的高度和水平；簧片调节夹具连接在每个簧片的底端，用于调节簧片的有效工作长度和中间承接板和底部悬挂板的水平。所述的调节机构中的中间承接板、底部悬挂板和待测试装置上安装有倾斜仪，依据倾斜仪所测量的数据，通过权利要求1中所述的调节机构对簧片的有效工作长度以及待测试装置的姿态进行调整。本专利技术的技术效果：(1)八个簧片的设计结构为振动测试装置提供较小的水平刚度的同时，保持较大的垂向、旋转、倾斜刚度，能够使待测试装置在水平运动的同时有效限制其他自由度上的振动。(2)可以通过控制驱动线圈中电流的大小以及对非驱动线圈进行反馈控制来抑制垂向的角运动以及非敏感轴水平线运动。(3)振动测试装置所产生的激振力是一种无接触式的作用力，作用力沿簧片厚度(尺寸最小)方向，与其他类型的驱动力相比具无摩擦、易控制等优点。在上述三个技术的综合作用下，本专利技术可以激励测试装置做较纯净的水平线振动。附图说明图1为两自由度水平激振装置主视图；图2为单自由度水平激振装置主视图；图3为激振单元设计平面图。1是第一夹具，2是上固定板，3是吊杆，4是簧片，5是调节杆，6是中间承接板，7是簧片调节夹具，8是下固定板，9是螺线管线圈支架，10是螺线管线圈骨架，11是永磁体支架，12是底部悬挂板，13是安装螺丝，14是待测试装置，15是加速计，16测是试装置支撑板，17是第二夹具，18是第三夹具。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供的水平激振装置主要用于惯性传感器水平线运动交叉耦合系数的测试，可以使待测试装置产生较为纯净的水平线振动，更加精确的测出惯性传感器的交叉耦合系数。本专利技术实施例提供的水平激振装置的结构示意图如图1、图2和图3所示：水平激振装置包括：悬挂结构、激振单元和调节机构，悬挂结构用于惯性传感器的固定连接，悬挂模块采用八个(或四个)较薄的矩形条状簧片连接，与现有技术中常用的弹簧或钢丝绳悬挂结构相比，具有交叉抑制比大，水平运动过程中不会产生倾斜等优点；激振单元用于产生运动所需要的激振力，与现有技术不同的是激振单元包括四个激振模块，每个激振模块包括两个螺线管线圈与一个永磁体，四个激振模块左右、前后对称分布，每个激振模块中的两个螺线管线圈等距轴对称分布在永磁体的两边，左右和前后两组激振模块的线圈和永磁体的极性完全反对称分布，这种设计的优点是：(1)作用力是非接触力不存在摩擦；(2)同时磁场干扰以及激励力的非线性效应小，降低波形的失真；(3)可以调节线圈中电流的大小补偿安装误差引入的垂向角运动；(4)可用非敏感轴水平方向的线圈进行反馈控制以此来抑制非敏感轴水平方向的线运动；调节机构用于调节八个(或四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于惯性传感器交叉耦合系数测试的水平激振装置，其特征在于，包括：悬挂结构、激振单元和调节机构；所述悬挂结构用于惯性传感器的固定连接，所述悬挂结构采用多个簧片连接；所述激振单元用于产生运动所需的激振力，激振单元包括四个激振模块，每个激振模块包括两个螺线管线圈与一个永磁体，四个激振模块左右、前后对称分布，每个激振模块中的两个螺线管线圈等距轴对称分布在永磁体的两边，左右和前后两组激振模块的线圈和永磁体的极性完全反对称分布；所述调节机构用于调节多个簧片的有效工作长度，保证整个装置在工作时簧片的有效长度一致，避免引入其他自由度振动。

【技术特征摘要】
1.一种用于惯性传感器交叉耦合系数测试的水平激振装置，其特征在于，包括：悬挂结构、激振单元和调节机构；所述悬挂结构用于惯性传感器的固定连接，所述悬挂结构采用多个簧片连接；所述激振单元用于产生运动所需的激振力，激振单元包括四个激振模块，每个激振模块包括两个螺线管线圈与一个永磁体，四个激振模块左右、前后对称分布，每个激振模块中的两个螺线管线圈等距轴对称分布在永磁体的两边，左右和前后两组激振模块的线圈和永磁体的极性完全反对称分布；所述调节机构用于调节多个簧片的有效工作长度，保证整个装置在工作时簧片的有效长度一致，避免引入其他自由度振动。2.如权利要求1所述的水平激振装置，其特征在于，当所述悬挂结构中的簧片为四个时，四个簧片平行对称分布。3.如权利要求1所述的水平激振装置，其特征在于，当所述悬挂结构中的簧片为八个时，四个为一组，每一组中的四个簧片平行对称分布，两组簧片通过中间承接板垂直90°连接。4.如权利要求2或3所述的水平激振装置，其特征在于，所述簧片的形状为矩形条状，所述簧片的厚度为0.1mm～2mm。5.如权利要求1-4任一项所述的水平激振装置，其特征在于，所述悬挂结构还包括：第一夹具(1)，上固定板(2)，中间承接板(6)，永磁体支架(11)，底部悬挂板(12)，安装螺丝(13)，加速计(15)，支撑板(16)，第二夹具(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张露，邱云涛，张宁，刘向东，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42