專利名稱：三分量振動校準(zhǔn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種三分量振動校準(zhǔn)裝置。 技術(shù)背景隨著航空航天、機(jī)器人、汽車、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，人們對多維振動測試提出了越來越高的要求，多維測振傳感器在慣導(dǎo)系統(tǒng)、地震監(jiān)測、地質(zhì)勘探、動力設(shè)備故障診斷等諸多領(lǐng)域獲得了越來越多的應(yīng)用。然而，目前國內(nèi)外對于多維測振傳感器校準(zhǔn)尚無統(tǒng)一完善的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，極大限制了多維測振傳感器的應(yīng)用和多維振動研究領(lǐng)域的發(fā)展。目前對三維測振傳感器的校準(zhǔn)多采用單維振動校準(zhǔn)裝置對三測量軸依次進(jìn)行，而這種方法耗時較長、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，同時考慮到三維傳感器各維間的相互耦合，該方法校準(zhǔn)精度較低，且較難得到反映維間耦合關(guān)系的靈敏度矩陣。因此，研制出可對三維測振傳感器三軸向同時激勵的三分量振動校準(zhǔn)裝置，對測振傳感器校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展及相應(yīng)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步都具有重要的理論和實際意義。

實用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)對三維測振傳感器校準(zhǔn)時只能采用單維振動校準(zhǔn)系統(tǒng)對三測量軸依次進(jìn)行校準(zhǔn)，存在耗時長，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，且難以獲得反映維間耦合關(guān)系的靈敏度矩陣的缺點，本實用新型提供了一種能對三維測振傳感器的三測量軸同時激振、進(jìn)而獲取反映其維間耦合關(guān)系的靈敏度矩陣的三分量振動校準(zhǔn)裝置。三分量振動校準(zhǔn)裝置，包括三分量標(biāo)準(zhǔn)振動臺，所述的三分量標(biāo)準(zhǔn)振動臺包括底座，所述的底座上設(shè)有沿χ軸向振動的X向電磁振動臺，沿Y軸向振動的Y向電磁振動臺， 沿Z軸向振動的Z向電磁振動臺，和與三個電磁振動臺連接的三維振動平臺，被校三維測振傳感器置于所述的三維振動平臺上；其特征在于每個軸向的電磁振動臺均配有一個檢測該軸向振動的激光測振儀， 所述的激光測振儀獲取的振動信號輸入數(shù)據(jù)采集器中，所述的數(shù)據(jù)采集器與處理器連接；每個軸向的電磁振動臺上均設(shè)有能獲取表征該軸向振動臺實際振動波形的標(biāo)準(zhǔn)傳感器，所述的標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出端與反饋控制器的輸入端連接；所述的反饋控制器另一輸入端與多通道信號發(fā)生器連接，所述的多通道信號發(fā)生器發(fā)出多路標(biāo)準(zhǔn)振動信號、并在反饋控制器中與所述的各軸向標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出進(jìn)行相減，所述的反饋控制器得到偏差信號；所述的反饋控制器輸出的偏差信號按照控制算法運(yùn)算后輸出到功放組進(jìn)行功率放大、并輸入到對應(yīng)軸向的振動臺中、以驅(qū)動對應(yīng)軸向的振動臺產(chǎn)生糾偏運(yùn)動；所述的多通道信號發(fā)生器受控于所述的處理器；所述的被校三維測振傳感器的輸出電壓輸入所述的數(shù)據(jù)采集器中；所述的處理器讀入數(shù)據(jù)采集器所采集的激光測振儀、被校傳感器的輸出信號，并計算被校三維測振傳感器的靈敏度矩陣。 進(jìn)一步，X、Y軸向的電磁振動臺的運(yùn)動部件背面設(shè)有激光反射鏡，激光測振儀測量光從X、Y軸向的電磁振動臺底部入射，各軸向電磁振動臺均設(shè)有允許所述的測量光貫穿、 到達(dá)所述的激光反射鏡的光路通道、以檢測各軸向電磁振動臺運(yùn)動部件的運(yùn)動；Z軸激光反射鏡安裝于Z向電磁振動臺運(yùn)動部件的表面，所述的Z軸激光反射鏡正對一傾斜放置的輔助反射鏡，Z軸激光測振儀發(fā)出的測量光經(jīng)輔助反射鏡到達(dá)Z軸激光反射鏡，檢測Z軸向電磁振動臺運(yùn)動部件的運(yùn)動；所述的輔助反射鏡通過支架固定于所述的底座。進(jìn)一步，所述的標(biāo)準(zhǔn)傳感器輸出的實際振動波形經(jīng)放大器組放大后輸入所述的反饋控制器中；放大后的實際振動波形經(jīng)多通道數(shù)據(jù)采集器輸入處理器中，處理器存儲該放大后的實際振動波形。進(jìn)一步，每個軸向的電磁振動臺均通過與各振動臺對應(yīng)的運(yùn)動解耦裝置與所述的三維振動平臺連接；所述的運(yùn)動解耦裝置包括由剛性材料制成的第一邊框和第二邊框，第一邊框和第二邊框相互扣合，所述的第一邊框和第二邊框均由外邊、內(nèi)邊、外邊與內(nèi)邊之間的第一連接側(cè)邊和第二連接側(cè)邊組成，邊框的外邊與內(nèi)邊相對，邊框的內(nèi)邊插入另一個邊框內(nèi)；所述第一邊框的內(nèi)邊中設(shè)有氣流通道和與所述的氣流通道連通的通氣孔，所述的通氣孔與外界連通；所述的第一邊框的內(nèi)邊與第二邊框的內(nèi)邊和外邊之間均有微小間隙， 所述的微小間隙形成第一邊框內(nèi)邊的氣浮導(dǎo)軌；所述的第二邊框的內(nèi)邊與第一邊框的外邊之間設(shè)有防止所述的第二邊框內(nèi)邊與第一邊框外邊接觸的間隔；所述的氣流通道與外部壓縮空氣源連通；所述的第一邊框的外邊與電磁振動臺連接，所述的第二邊框的外邊與三維振動平臺連接。進(jìn)一步，所述的第一邊框的內(nèi)邊設(shè)有多條氣流通道，每條支流氣道上均勻分布多個所述的通氣孔。進(jìn)一步，所述的氣流通道包括多條平行設(shè)置的支流氣道和連通所有的支流氣道的干流氣道，所述的干流氣道與所述的外部壓縮空氣源連接，所述的支流氣道一端連通干流氣道，另一端由密封裝置密封?；蛘?，所述的氣流通道一端密封，另一端與所述的外部壓縮空氣源直接連接。進(jìn)一步，邊框為矩形框、圓形框、橢圓框或梯形框。本實用新型的技術(shù)構(gòu)思是多通道數(shù)據(jù)采集器可對各軸向激光測振儀、標(biāo)準(zhǔn)傳感器組、被校傳感器的輸出信號進(jìn)行采集，通過計算機(jī)接口傳輸?shù)接米魈幚砥鞯腜C機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；PC機(jī)可通過計算機(jī)接口對多通道數(shù)據(jù)采集器、多通道信號發(fā)生器、反饋控制器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制。PC機(jī)讀取數(shù)據(jù)采集器采集的各軸向激光測振儀輸出信號，計算各軸向振動臺的當(dāng)前實際振動位移，轉(zhuǎn)化為實際振級，并將各軸向的實際振級與預(yù)先設(shè)定的振級進(jìn)行比較，調(diào)整多通道信號發(fā)生器輸出信號幅值，實現(xiàn)對各軸向振動臺振級的自動調(diào)整；反饋控制器通過將多通道信號發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號與各軸向標(biāo)準(zhǔn)傳感器的檢測信號進(jìn)行求差運(yùn)算得到偏差，經(jīng)控制算法后輸出至功率放大器組，分別驅(qū)動X向、Y向和Z向電磁振動臺進(jìn)行糾偏運(yùn)動，實現(xiàn)對三分量標(biāo)準(zhǔn)振動臺的反饋控制，從而提高三分量標(biāo)準(zhǔn)振動臺的運(yùn)行精度；PC 機(jī)根據(jù)多通道數(shù)據(jù)采集器采集的被校三維測振傳感器的輸出信號，計算被校傳感器靈敏度
5矩陣，完成對被校傳感器的校準(zhǔn)標(biāo)定。 在PC機(jī)的作用下，三分量標(biāo)準(zhǔn)振動臺輸出三維標(biāo)準(zhǔn)振動，a = [ax ay aj為三分量標(biāo)準(zhǔn)振動臺輸出的振動加速度矢量，也即施加在被校三維測振傳感器的振動加速度矢量， 其中， 為」軸軸向加速度分量，(j =x、y、z)；而V= [Vx Yy 被校三維測振傳感器輸出電壓，其中Vj為傳感器j軸電壓輸出分量，(j =x、y、z)，則被校三維測振傳感器輸入輸出量間的關(guān)系為a = S · V，其中S為被校三維測振傳感器的靈敏度矩陣，可表示為
權(quán)利要求1.三分量振動校準(zhǔn)裝置，包括三分量標(biāo)準(zhǔn)振動臺，所述的三分量標(biāo)準(zhǔn)振動臺包括底座， 所述的底座上設(shè)有沿X軸向振動的X向電磁振動臺，沿Y軸向振動的Y向電磁振動臺，沿Z 軸向振動的Z向電磁振動臺，和與三個電磁振動臺連接的三維振動平臺，被校三維測振傳感器置于所述的三維振動平臺上；其特征在于每個軸向的電磁振動臺均配有一個檢測該軸向振動的激光測振儀，所述的激光測振儀獲取的振動信號輸入數(shù)據(jù)采集器中，所述的數(shù)據(jù)采集器與處理器連接；每個軸向的電磁振動臺上均設(shè)有能獲取表征該軸向振動臺實際振動波形的標(biāo)準(zhǔn)傳感器，所述的標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出端與反饋控制器的輸入端連接；所述的反饋控制器另一輸入端與多通道信號發(fā)生器連接，所述的多通道信號發(fā)生器發(fā)出多路標(biāo)準(zhǔn)振動信號、并在反饋控制器中與所述的各軸向標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出進(jìn)行相減，所述的反饋控制器得到偏差信號；所述的反饋控制器輸出的偏差信號按照控制算法運(yùn)算后輸出到功放組進(jìn)行功率放大、并輸入到對應(yīng)軸向的振動臺中、以驅(qū)動對應(yīng)軸向的振動臺產(chǎn)生糾偏運(yùn)動；所述的多通道信號發(fā)生器受控于所述的處理器；所述的被校三維測振傳感器的輸出電壓輸入所述的數(shù)據(jù)采集器中；所述的處理器讀入數(shù)據(jù)采集器所采集的激光測振儀、被校傳感器的輸出信號，并計算被校三維測振傳感器的靈敏度矩陣。
2.如權(quán)利要求1所述的三分量振動校準(zhǔn)裝置，其特征在于X、Y軸向的電磁振動臺的運(yùn)動部件背面設(shè)有激光反射鏡，激光測振儀測量光從X、Y軸向的電磁振動臺底部入射，各軸向電磁振動臺均設(shè)有允許所述的測量光貫穿、到達(dá)所述的激光反射鏡的光路通道、以檢測各軸向電磁振動臺運(yùn)動部件的運(yùn)動；Z軸激光反射鏡安裝于Z向電磁振動臺運(yùn)動部件的表面，所述的Z軸激光反射鏡正對一傾斜放置的輔助反射鏡，Z軸激光測振儀發(fā)出的測量光經(jīng)輔助反射鏡到達(dá)Z軸激光反射鏡， 檢測Z軸向電磁振動臺運(yùn)動部件的運(yùn)動；所述的輔助反射鏡通過支架固定于所述的底座。
3.如權(quán)利要求2所述的三分量振動校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)傳感器輸出的實際振動波形經(jīng)放大器組放大后輸入所述的反饋控制器中；放大后的實際振動波形經(jīng)多通道數(shù)據(jù)采集器輸入處理器中，處理器存儲該放大后的實際振動波形。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的三分量振動校準(zhǔn)裝置，其特征在于每個軸向的電磁振動臺均通過與各振動臺對應(yīng)的運(yùn)動解耦裝置與所述的三維振動平臺連接；所述的運(yùn)動解耦裝置包括由剛性材料制成的第一邊框和第二邊框，第一邊框和第二邊框相互扣合，所述的第一邊框和第二邊框均由外邊、內(nèi)邊、外邊與內(nèi)邊之間的第一連接側(cè)邊和第二連接側(cè)邊組成，邊框的外邊與內(nèi)邊相對，邊框的內(nèi)邊插入另一個邊框內(nèi)；所述第一邊框的內(nèi)邊中設(shè)有氣流通道和與所述的氣流通道連通的通氣孔，所述的通氣孔與外界連通；所述的第一邊框的內(nèi)邊與第二邊框的內(nèi)邊和外邊之間均有微小間隙，所述的微小間隙形成第一邊框內(nèi)邊的氣浮導(dǎo)軌；所述的第二邊框的內(nèi)邊與第一邊框的外邊之間設(shè)有防止所述的第二邊框內(nèi)邊與第一邊框外邊接觸的間隔；所述的氣流通道與外部壓縮空氣源連通；所述的第一邊框的外邊與電磁振動臺連接，所述的第二邊框的外邊與三維振動平臺連接。
5.如權(quán)利要求4所述的三分量振動校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的第一邊框的內(nèi)邊設(shè)有多條氣流通道，每條支流氣道上均勻分布多個所述的通氣孔。
6.如權(quán)利要求5所述的三分量振動校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的氣流通道包括多條平行設(shè)置的支流氣道和連通所有的支流氣道的干流氣道，所述的干流氣道與所述的外部壓縮空氣源連接，所述的支流氣道一端連通干流氣道，另一端由密封裝置密封。
7.如權(quán)利要求6所述的三分量振動校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的氣流通道一端密封， 另一端與所述的外部壓縮空氣源直接連接。
8.如權(quán)利要求6所述的三分量振動校準(zhǔn)裝置，其特征在于邊框為矩形框、圓形框、橢圓框或梯形框。
9.如權(quán)利要求7所述的三分量振動校準(zhǔn)裝置，其特征在于邊框為矩形框、圓形框、橢圓框或梯形框。
專利摘要三分量振動校準(zhǔn)裝置，包括三分量標(biāo)準(zhǔn)振動臺，三分量標(biāo)準(zhǔn)振動臺包括底座，X向、Y向、Z向電磁振動臺和三維振動平臺；各軸向振動臺配有激光測振儀，激光測振儀獲取的振動信號輸入數(shù)據(jù)采集器中；各軸向振動臺設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)傳感器，標(biāo)準(zhǔn)傳感器輸出信號輸入反饋控制器；反饋控制器另一輸入端與多通道信號發(fā)生器連接，反饋控制器的輸出經(jīng)功放組后驅(qū)動各軸向振動臺運(yùn)動；多通道信號發(fā)生器受控于處理器；置于三維振動平臺上的被校三維測振傳感器的輸出電壓輸入數(shù)據(jù)采集器中，數(shù)據(jù)采集器與處理器連接；處理器計算被校三維測振傳感器靈敏度矩陣。本實用新型具有能對三維測振傳感器的三測量軸同時激振、進(jìn)而獲取反映其維間耦合關(guān)系的靈敏度矩陣的優(yōu)點。
文檔編號G01H9/00GK202204593SQ20112029389
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月14日
發(fā)明者何聞, 沈潤杰, 王春宇, 賈叔仕 申請人:浙江大學(xué)