利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置及方法。光学平台放置在地面上，直导轨均设置在光学平台上，滑块活动安装在直导轨上，加速度计固定安装在滑块上，偏心块分别与步进电机和金属针连接，金属针和滑槽活动连接，步进电机带动偏心块和金属针做圆周运动，金属针通过滑槽和金属直杆将圆周运动转换为加速度计的正弦往复运动；方法包括控制加速度计的加速度信号频率、幅度和相位；采样测量加速度计输出电信号的幅度和相位；调控加速度计的信号频率，以获得不同频率下的信号幅度和相位，对信号幅度和相位响应进行拟合得到频率响应曲线。本发明专利技术方法高效简单，附加成本低，用于准确测量加速度计在目标测量频率范围内的频率性能。内的频率性能。内的频率性能。

【技术实现步骤摘要】
利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置及方法


[0001]本专利技术属于加速度计领域的一种加速度计频率特性测试装置及方法，尤其是涉及了利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置及方法。

技术介绍

[0002]幅频特性曲线指以频率为横坐标，以在该频率正弦信号输入下系统的增益为纵坐标的数值曲线，该曲线用于评价一个系统增益随频率的变化特性；而相频特性是以频率为横坐标，以在该频率正弦信号输入下系统的输出信号的相位延迟为纵坐标的数值曲线，该曲线用于评价一个系统相位延迟随频率的变化特性。综合幅频特性曲线和相频特性曲线即可描述一个系统对任意输入信号的响应方式，表征了系统的特性。幅频特性曲线和相频特性曲线分别简称为系统的幅频特性和相频特性，合称为频率特性。
[0003]随着惯性系统低成本化的发展，加速度计出现，加速度计是测量运载体线加速度的仪表。加速度计由检测质量(也称敏感质量)、支承、电位器、弹簧、阻尼器和壳体组成，具有结构简单、精度高的特点，在惯性导航系统、大地测量系统中有广泛的应用。
[0004]一般情况下，惯性系统频率特性测试是在不同正弦频率激励下，通过测量系统与标准信号对比得到惯性系统的频率特性。目前，针对加速度计频率特性的传统测试方法主要有电激励法和基于线振动台的正弦扫描法。电激励法的原理是在加速度计表头的力矩平衡回路中施加不同频率的正弦波电信号，并同时采集输入和输出回路响应，之后利用输出响应和输入信号求取传递函数即可得到回路的频率特性。但是该方法只能得到加速度计表头的频率特性，对于还包括数据采集和减振环节的加速度计测量系统却不适用。基于线振动台的正弦扫描法的基本原理是利用线振动台输出的正弦运动作为加速度计的输入激励，并同时采集线振动台和加速度计的输出信号，利用加速度计的输出信号和线振动台的输入信号求取传递函数即可得到加速度计测量系统的频率特性，与电激励法相比该方法能够覆盖加速度计测量系统各个环节，更加直观。
[0005]加速度计的频率特性可以通过线性振动台测量，但高精度的线振动台成本较为高昂，体积庞大难以移动，即使是用于传感器、电子电气机器等小型轻量振动试验的小型振动台整体重量体积仍然很大，并且装置较为复杂，且一般需要安装在较为安静的地基上进行测试，对环境有较高的要求；小型振动台输出最低频率在几Hz，对于更低的频率则需要更高精度更加昂贵的设备来进行测量；而使用更加便捷的便携式振动台系统一般有两种频率输出模式：连续可调频率和固定档位频率，如目前国内应用比较广泛的PJD型便携式振动校验台可调振动频率范围为20Hz～200Hz，频率精度0.05Hz，频率范围较小型振动台小很多；而如果采用固定的预设频率输出，无法在目标测量范围内尽可能多的测试频率点并绘制频率特性曲线。综合成本、使用、精确度、频率测量范围几方面考虑，现有的频率特性测试方法需要进一步的改进和创新。

技术实现思路

[0006]针对的目前加速度计的频率特性测试方法，不仅需要线性振动台进行测试，而且不能精确获得加速度计连续的频率特性，本专利技术的目的在于设计一种利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置及方法，用于精确测试加速度计频率特性。
[0007]本专利技术技术方案如下：
[0008]一、一种利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置：
[0009]装置包括驱动模块、正弦转换模块、信号采集模块、光学平台和终端计算机；光学平台放置在地面上，正弦转换模块放置在光学平台上，正弦转换模块的两端分别与驱动模块和信号采集模块连接，驱动模块和信号采集模块均与终端计算机之间电连接。
[0010]所述的驱动模块包括步进电机、偏心块和步进电机驱动器；步进电机和偏心块均位于光学平台的上方，所述步进电机的转轴与光学平台的上表面垂直，且步进电机转轴的底端连接在偏心块的偏心位置处，步进电机驱动偏心块绕着步进电机转轴做匀速圆周运动，步进电机的脉冲输入端和终端计算机之间通过步进电机驱动器连接；
[0011]所述的正弦转换模块包括直导轨、滑块和正弦机构；直导轨和正弦机构均放置在光学平台的上表面，滑块可沿着直导轨轴向移动地安装在直导轨上，正弦机构的一端和滑块之间固定连接；偏心块的下表面和正弦机构之间固定连接；
[0012]所述的信号采集模块包括加速度计和数据采集系统，加速度计固定安装在滑块上，加速度计的输出端和终端计算机之间通过数据采集系统连接。
[0013]所述的正弦机构主要由金属针、滑槽、轴承和金属直杆组成；两个轴承同轴间隔安装在光学平台的上表面，两个金属直杆分别可沿着轴承轴向移动地设置在两个轴承的通孔位置处，两个金属直杆在同一条直线上且金属直杆与直导轨同轴，两个金属直杆之间固定连接有滑槽，滑槽放置在光学平台上且位于两个轴承之间，滑槽的轴向与金属直杆垂直；金属针的顶端与偏心块的下表面固定连接，金属针的底端可沿着滑槽轴向移动地设置在滑槽中，金属针垂直于光学平台的上表面，靠近直导轨的金属直杆的一端与滑块固定连接。
[0014]所述驱动模块中的偏心块通过正弦机构带动加速度计做正弦往复运动，加速度计正弦往复运动的加速度信号正弦分量的角速度等于偏心块匀速圆周运动的角速度ω；加速度计的加速度信号正弦分量的振幅等于偏心块和正弦机构连接点到步进电机转轴之间的距离d；加速度计的加速度信号正弦分量的频率f和加速度信号正弦分量的幅度A按照以下公式处理得到：
[0015][0016][0017]其中，n表示步进电机的转速，A0表示偏心块和正弦机构连接点到步进电机转轴之间的垂直距离，α表示加速度计的敏感轴和直导轨轴向之间的夹角，π取3.14。
[0018]所述加速度计敏感轴和直导轨轴向之间的夹角α为0
°
～90
°
。
[0019]二、一种利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试方法，包括以下步骤：
[0020]步骤S1：利用终端计算机控制加速度计正弦往复运动的加速度信号正弦分量频率为25Hz；
[0021]所述的步骤S1具体为：
[0022]首先，终端计算机通过步进电机驱动器控制步进电机以预设的转速工作，偏心块在步进电机的驱动下绕步进电机的转轴做频率恒定的匀速圆周运动，偏心块通过正弦机构带动加速度计做正弦往复运动，调控步进电机的转速使得加速度计正弦往复运动的加速度信号正弦分量的频率为25Hz；
[0023]步骤S2：利用信号采集系统对加速度计输出的信号进行采样，通过终端计算机得到数字电信号正弦分量的幅度A(25)和相位Φ(25)；
[0024]所述的步骤S2具体为：
[0025]加速度计将正弦往复运动下的加速度信号转换为模拟电信号，然后输入到数据采集系统中，将信号采集系统内部窄带滤波器的中心频率设为25Hz，数据采集系统将输入的模拟电信号转换为数字电信号传输到终端计算机中，利用终端计算机处理分离出数字电信号中频率为25Hz的信号正弦分量，获得加速度信号正弦分量的频率为25Hz时，对应的数字电信号正弦分量的幅度A(25)和相位Φ(25)；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置，其特征在于：包括驱动模块、正弦转换模块、信号采集模块、光学平台(3)和终端计算机(8)；光学平台(3)放置在地面上，正弦转换模块放置在光学平台(3)上，正弦转换模块的两端分别与驱动模块和信号采集模块连接，驱动模块和信号采集模块均与终端计算机(8)之间电连接。2.根据权利要求1所述的一种利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置，其特征在于：所述的驱动模块包括步进电机(1)、偏心块(6)和步进电机驱动器(7)；步进电机(1)和偏心块(6)均位于光学平台(3)的上方，所述步进电机(1)的转轴与光学平台(3)的上表面垂直，且步进电机(1)转轴的底端连接在偏心块(6)的偏心位置处，步进电机(1)驱动偏心块(6)绕着步进电机(1)转轴做匀速圆周运动，步进电机(1)的脉冲输入端和终端计算机(8)之间通过步进电机驱动器(7)连接；所述的正弦转换模块包括直导轨(4)、滑块(5)和正弦机构(9)；直导轨(4)和正弦机构(9)均放置在光学平台(3)的上表面，滑块(5)可沿着直导轨(4)轴向移动地安装在直导轨(4)上，正弦机构(9)的一端和滑块(5)之间固定连接；偏心块(6)的下表面和正弦机构(9)之间固定连接；所述的信号采集模块包括加速度计(2)和数据采集系统(10)，加速度计(2)固定安装在滑块(5)上，加速度计(2)的输出端和终端计算机(8)之间通过数据采集系统(10)连接。3.根据权利要求2所述的一种利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置，其特征在于：所述的正弦机构(9)主要由金属针(91)、滑槽(92)、轴承(93)和金属直杆(94)组成；两个轴承(93)同轴间隔安装在光学平台(3)的上表面，两个金属直杆(94)分别可沿着轴承(93)轴向移动地设置在两个轴承(93)的通孔位置处，两个金属直杆(94)在同一条直线上且金属直杆(94)与直导轨(4)同轴，两个金属直杆(94)之间固定连接有滑槽(92)，滑槽(92)放置在光学平台(3)上且位于两个轴承(93)之间，滑槽(92)的轴向与金属直杆(94)垂直；金属针(91)的顶端与偏心块(6)的下表面固定连接，金属针(91)的底端可沿着滑槽(92)轴向移动地设置在滑槽中，金属针(91)垂直于光学平台(3)的上表面；靠近直导轨(4)的金属直杆(94)的一端与滑块(5)固定连接。4.根据权利要求2所述的一种利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置，其特征在于：所述驱动模块中的偏心块(6)通过正弦机构(9)带动加速度计(2)做正弦往复运动，加速度计(2)正弦往复运动的加速度信号正弦分量的角速度等于偏心块(6)匀速圆周运动的角速度ω；加速度计(2)的加速度信号正弦分量的振幅等于偏心块(6)和正弦机构(9)连接点到步进电机(1)转轴之间的距离d；加速度计(2)的加速度信号正弦分量的频率f和加速度信号正弦分量的幅度A按照以下公式处理得到：度信号正弦分量的幅度A按照以下公式处理得到：其中，n表示步进电机(1)的转速，A0表示偏心块(6)和正弦机构(9)连接点到步进电机(1)转轴之间的垂直距离，α表示加速度计(2)的敏感轴和直导轨(4)轴向之间的夹角。5.根据权利要求2所述的一种利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试装置，其特
征在于：所述加速度计(2)敏感轴和直导轨(4)轴向之间的夹角α为0～90
°
。6.一种应用于权利要求1
‑
5任一所述装置的利用偏心旋转电机的加速度计频率特性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：利用终端计算机(8)控制加速度计(2)正弦往复运动的加速度信号正弦分量频率为25Hz；步骤S2：利用信号采集系统(10)对加速度计(2)输出的信号进行采样，通过终端计算机(8)得到数字电信号正弦分量的幅度A(25)和相位Φ(25)；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杏藩，潘玉瑶，李楠，胡慧珠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：