【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及惯性参数测量，具体为一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置及方法。
技术介绍
1、转动惯量是刚体绕轴转动惯性的量度，它是研究、设计和控制转动物体运动规律的重要工程参数。其广泛应用于科学实验、工程技术、航天、电力、机械、仪表等领域。转动惯量的测量方法有很多，常用的方法有落体法、线摆法、复摆法、扭摆法等。基于这些方法，目前的惯性特性测量技术的研究主要集中在大型和重型物体惯性测量方法等方面。大多数测试系统环境要求高，辅助设备多，造价和维护成本高，虽然具有较小的相对误差0.5％—1.2％，但是绝对误差达到了0.5-15kgm2。对于小型物体的微小转动惯量而言，该绝对误差过大，测量精度过低。目前对于小型物体的微小转动惯量的高精度测量方法仍缺少。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置及方法，解决了的问题。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置，包括主框架、转接板、连接杆、柔性铰链、测量平台、轻质垫片、激光干涉仪；
3、所述主框架两侧分别固定连接有柔性铰链，作为摆动元件用于装置进行绕轴固定周期的微小角度摆动；
4、所述测量平台通过所述连接杆和转接板与所述柔性铰链连接，构成四足悬吊式摆篮结构，转动惯量测量时，所述待测物放置在所述测量平台上；
5、所述轻质垫片放置于所述测量平台上，用于调整待测物摆放高度，将待测物体质心提升至装置转轴
6、所述激光干涉仪平行固定于装置摆动方向，用于测量摆篮装置绕轴摆动时的微小位移。
7、优选的，所述测量平台上表面中心处设有定位凹槽，用于将所述轻质垫片及待测物放置于中心位置，以防止侧偏。
8、优选的，所述测量平台设计为梁支撑结构，采用3d打印树脂材料，用于减小摆篮质量并增加底板强度，提高负载能力。
9、优选的，所述激光干涉仪的角锥棱镜固定于所述测量平台边缘处，在初始状态下，反射镜与激光干涉仪探头之间的距离为dt0。
10、一种基于柔性铰链法的转动惯量测量装置的标定方法，包括以下步骤：
11、步骤1、用精密电子秤测量标定块质量为rc；
12、步骤2、使用精密游标卡尺测量标定块的半径为rc；
13、步骤3、装置空载情况下，对处于静止状态的测量平台施加一个固定大小的微小瞬时推力，使摆篮绕柔性铰链中心轴以微小角度摆动，利用激光干涉仪记录输出的位移变化数据；
14、步骤4、将一块圆饼状标准质量块放置于测量平台，利用相应高度的轻质垫片将标定块垫高至质心与装置转轴处于同一水平线上；
15、步骤5、对处于静止状态的测量平台施加一个固定大小的微小瞬时推力，使摆篮绕柔性铰链中心轴以微小角度摆动，利用激光干涉仪记录输出的位移变化数据；
16、步骤6、对位移数据进行数据处理，数据以正弦变化，由正弦曲线峰峰值的平均值计算得到摆动周期tc；
17、步骤7、对不同质量标定块测得的装置摆动周期与标定块的转动惯量理论值进行如公式的直线拟合：
18、jc＝atc2-b (五)。
19、优选的，所述a，b分别为拟合测量模型公式的斜率和截距。
20、优选的，所述的微小瞬时推力采用微型推拉式电磁铁通断电的方式施加。
21、一种基于柔性铰链法的转动惯量测量方法，包括以下步骤：
22、步骤1、依次将不同数量轻质垫片放置在测量平台上，将待测物放置于轻质垫片上；
23、步骤2、对激光干涉仪测得的位移数据进行数据处理，得到摆动周期tn；
24、步骤3、将测得的摆动周期tn代入模型公式(三)进行计算，得到待测物的转动惯量jn；
25、j＝at2-b (三)
26、步骤4：分析不同垫高厚度下测得的转动惯量值j，最小值为待测物转动惯量j。
27、优选的，所述步骤1中保证物体质心位于转轴附近。
28、优选的，所述步骤1中对处于静止状态的测量平台施加一个固定大小的微小瞬时推力，使摆篮绕柔性铰链中心轴以微小角度摆动，利用激光干涉仪记录输出的位移变化数据。
29、本专利技术提供了一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置及方法。具备以下有益效果：
30、1、本专利技术通过提出了一种针对小型不规则物体转动惯量测量方法，采用柔性铰链机构作为摆动元件，并通过测量装置摆动周期计算得到待测物体的转动惯量，优化转动惯量测量模型，避免直接测量刚体质心位置、摆篮长度等较难测定的量，测量装置简单，测量过程简便。
31、2、本专利技术通过使用柔性铰链避免了机械转轴所产生的摩擦阻力且使装置具有较强负载能力，实现了高精度测量，该方法适合于工程应用，针对微小转动惯量测量，适用面广、测量精度高，具有广泛的应用开发前景。
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1.一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置，其特征在于，包括主框架(1)、转接板(3)、连接杆(4)、柔性铰链(2)、测量平台(6)、轻质垫片(5)、激光干涉仪(7)；
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置，其特征在于，所述测量平台(6)上表面中心处设有定位凹槽，用于将所述轻质垫片(5)及待测物(8)放置于中心位置，以防止侧偏。
3.根据权利要求1所述的一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置，其特征在于，所述测量平台(6)设计为梁支撑结构，采用3D打印树脂材料，用于减小摆篮质量并增加底板强度，提高负载能力。
4.根据权利要求1所述的一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置，其特征在于，所述激光干涉仪(7)的角锥棱镜固定于所述测量平台(6)边缘处，在初始状态下，反射镜与激光干涉仪(7)探头之间的距离为dT0。
5.一种基于柔性铰链法的转动惯量测量装置的标定方法，根据权利要求1-4所述的一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于柔性铰链法的转动惯量测量装
7.根据权利要求5所述的一种基于柔性铰链法的转动惯量测量装置的标定方法，其特征在于，所述的微小瞬时推力采用微型推拉式电磁铁通断电的方式施加。
8.一种基于柔性铰链法的转动惯量测量方法，根据权利要求1-6所述的一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置及方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种基于柔性铰链法的转动惯量测量方法，其特征在于，所述步骤1中保证物体质心位于转轴附近。
10.根据权利要求8所述的一种基于柔性铰链法的转动惯量测量方法，其特征在于，所述步骤1中对处于静止状态的测量平台(6)施加一个固定大小的微小瞬时推力，使摆篮绕柔性铰链(2)中心轴以微小角度摆动，利用激光干涉仪(7)记录输出的位移变化数据。
...【技术特征摘要】
1.一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置，其特征在于，包括主框架(1)、转接板(3)、连接杆(4)、柔性铰链(2)、测量平台(6)、轻质垫片(5)、激光干涉仪(7)；
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置，其特征在于，所述测量平台(6)上表面中心处设有定位凹槽，用于将所述轻质垫片(5)及待测物(8)放置于中心位置，以防止侧偏。
3.根据权利要求1所述的一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置，其特征在于，所述测量平台(6)设计为梁支撑结构，采用3d打印树脂材料，用于减小摆篮质量并增加底板强度，提高负载能力。
4.根据权利要求1所述的一种基于柔性铰链法测量转动惯量的装置，其特征在于，所述激光干涉仪(7)的角锥棱镜固定于所述测量平台(6)边缘处，在初始状态下，反射镜与激光干涉仪(7)探头之间的距离为dt0。
5.一种基于柔性铰链法的转动惯量测量装置的标定方法，根据权利要求1-4所述的一种基于柔性铰链...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵美蓉，于枚可，陈曦，张世玉，朱春源，赵聆喆，郑叶龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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