一种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台的制作方法
【专利摘要】一种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台，包括放置加速度器的标定台，和标定台连接的实现其沿y方向正弦位移运动的作动器，在标定台与作动面垂直的两侧即y方向连接有柔性铰链，通过变形保持标定台沿y方向正弦位移运动，限制标定台沿x方向的运动；柔性铰链和作动器固定在外框内，在外框的外部设置有实现其内部部件沿x方向正弦位移运动的作动器，另两个柔性铰链固定在底座的x方向上，并内侧固定在外框上，通过变形保持其内部部件沿x方向正弦位移运动，限制沿y方向运动；本发明能够实现正弦位移控制下对加速度器进行双轴解耦的动态标定。
【专利说明】—种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双轴加速度动态标定台，具体涉及一种通过正弦位移控制的双轴解稱加速度动态标定台。
【背景技术】
[0002]加速度传感器作为一种重要的传感与测量设备，被广泛应用于航天航空，汽车工程，地震监测等领域，其精度与可靠性直接关系到最终执行结果的准确程度，而对加速度传感器进行标定是保证结果可信度的重要手段。同时，随着科学技术的不断发展，我国研制的加速度传感器精度越来越高，有的分辨率已经可以达到I μ g，因此对加速度标定台的分辨率提出了很高的要求。目前二维的加速度标定台普遍存在双轴耦合的现象，对标定过程产生影响，使得微小加速度的标定结果不够理想。柔性铰链具有体积小、无机械摩擦、无间隙、运动灵活等优点，从而可以消除传动过程中的空程和机械摩擦，获得超高的位移分辨率，而且柔性铰链的运动精度高，线性度好。
【发明内容】
[0003]为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种通过输出正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台，能够使作动器在控制下输出正弦位移运动从而驱动平台运动，同时由于整体结构在X方向和y方向运动独立，避免了耦合的问题；柔性铰链结构使得传动过程无空程和机械摩擦，标定台经过由控制系统得到的激励信号减小了压电迟滞效应及结构非线性带来的误差，经过功率放大器后输入给作动器使其能够良好的输出正弦位移而得到所需要的加速度；整体结构紧凑，空间利用达到最优，使用方便。
[0004]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0005]一种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台，包括放置加速度器的标定台9,和标定台9连接的实现其沿y方向正弦位移运动的第一作动器6,在标定台9与作动面垂直的两侧即I方向连接有第一柔性铰链7和第二柔性铰链8，所述第一柔性铰链7和第二柔性铰链8在铰链处厚度薄，通过变形保持标定台9沿y方向正弦位移运动，在与y方向垂直的X方向上厚度厚，限制标定台9沿X方向的运动；所述第一柔性铰链7和第二柔性铰链8的两端固定有外框5内，在所述外框5的外部设置有固定在底座I上实现所述外框5、标定台9、第一柔性铰链7、第二柔性铰链8和第一作动器6沿X方向正弦位移运动的第二作动器2，第三柔性铰链3和第四柔性铰链4固定在底座I的X方向上，并内侧固定在外框5上，所述第三柔性铰链3和第四柔性铰链4在铰链处厚度薄，通过变形保持所述外框5、标定台9、第一柔性铰链7、第二柔性铰链8和第一作动器6沿X方向正弦位移运动，在与X方向垂直的y方向上厚度厚，限制所述外框5、标定台9、第一柔性铰链7、第二柔性铰链8和第一作动器6沿y方向运动。
[0006]所述第一作动器6固定于外框5内侧,其本身与外框5和标定台9在第二作动器2的作动下，一起沿X方向运动，同时标定台9在第一作动器6的作动下,输出y方向上的位移，并且标定台9在第一作动器6在X方向上相对静止,所以第一作动器6向标定台9输出y方向位移具备独立性，不受X方向运动的干扰，即与X方向解耦。
[0007]还包括与所述第一作动器6和第二作动器2依次连接的功率放大器10和控制系统11，所述控制系统11将经过调制后的激励信号经过功率放大器10后，输入到第一作动器6和第二作动器2，使第一作动器6和第二作动器2能够输出正弦位移，从而对标定台9起激励作用，使其能够做准确度高的正弦位移运动。
[0008]放置在标定台9上的加速度器产生加速度a和所述控制系统11输入的位移幅值A和频率为f的关系如下式:
, β
[0009]A = 2 2
[0010]只需要根据不同的频率选择不同的位移幅值让加速度器以x(t) = Asin(2 π ft)规律运动即可达到向加速度器输入幅值为a的加速度的目的；这样将向加速度器输入加速度转换成输入位移，通过作动器完成位移输出。
[0011]所述第三柔性铰链3、第四柔性铰链4、第一柔性铰链7和第二柔性铰链8的铰链处为双菱形结构。
[0012]所述底座1、 外框5和标定台9的材料为铝；所述第三柔性铰链3、第四柔性铰链4、第一柔性铰链7和第二柔性铰链8的材料为弹簧钢。
[0013]和现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0014]1、外框5与标定台9形成的整体在第二作动器2的作动下，产生X方向上的位移，而作动器6固定于外框5,所以作动器6本身与外框5—起沿X方向运动，同时,第一作动器6对标定台9输出y方向上的位移，并且两者在X方向上相对静止，保证了 y方向的输出的独立性，从而与X方向解耦。
[0015]2、所述第三柔性铰链3、第四柔性铰链4、第一柔性铰链7和第二柔性铰链8，首先铰链处厚度较薄，因此能够在运动方向上通过变形而保持运动，在与运动方向垂直的方向上的厚度较厚，刚度大，不易产生变形，其次整个柔性铰链呈上下对称的双菱形结构，因此运动方向不会发生偏移，从而两个对称的柔性结构第三柔性铰链3和第四柔性铰链4即可很好的保证外框沿X方向做正弦位移运动，同样对称的第一柔性铰链7和第二柔性铰链8可保证标定台的y方向上的正弦位移运动。此种结构避免了摩擦，机械间隙及采用导轨等其他方法由于加工工艺使轨道表面不平整而带来的非线性误差。其安装简单，方便更换。
[0016]3、作动器2与底座I固定，且固定处有支撑，当输入激励信号后，作动器2能更好的单方向输出从而推动内部的标定台运动。
[0017]4、底座I打有安装孔，可以固定到水平度非常好的台面，避免由于安装问题导致的误差。
[0018]总之，本发明加速度标定台，X方向驱动的结构内包含y方向驱动装置，则y方向驱动标定台9时相对标定台9没有X方向上的运动，从而很好的避免了双轴运动耦合的问题，在一定程度上提高了标定的准确性，采用输出正弦位移的方法得到动态所需加速度值，同时整体结构紧凑简单，安装使用方便。
【专利附图】
【附图说明】[0019]图1为本发明的结构示意图。
[0020]图2为本发明柔性铰链结构示意图。
[0021]图3为本发明控制系统流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0023]如图1所示，本发明一种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台，包括放置加速度器的标定台9，和标定台9连接的实现其沿y方向正弦位移运动的第一作动器6，在标定台9与作动面垂直的两侧即y方向连接有第一柔性铰链7和第二柔性铰链8，所述第一柔性铰链7和第二柔性铰链8在铰链处厚度薄，通过变形保持标定台9沿y方向正弦位移运动，在与y方向垂直的X方向上厚度后，限制标定台9沿X方向的运动；所述第一柔性铰链7和第二柔性铰链8的两端固定有外框5内，所述第一作动器6也固定在外框5的内侧，在所述外框5的外部设置有固定在底座I上实现所述外框5、标定台9、第一柔性铰链
7、第二柔性铰链8和第一作动器6沿X方向正弦位移运动的第二作动器2，第三柔性铰链3和第四柔性铰链4固定在底座I的X方向上，并内侧固定在外框5上，所述第三柔性铰链3和第四柔性铰链4在铰链处厚度薄，通过变形保持所述外框5、标定台9、第一柔性铰链7、第二柔性铰链8和第一作动器6沿X方向正弦位移运动，在与X方向垂直的y方向上厚度厚，限制所述外框5、标定台9、第一柔性铰链7、第二柔性铰链8和第一作动器6沿y方向运动。
[0024]所述第一作动器6固定于外框5内，其本身与外框5和标定台9在第二作动器2的作动下，一起沿X方向运动，同时标定台9在第一作动器6的作动下,输出y方向上的位移，并且标定台9在第一作动器6在X方向上相对静止,所以第一作动器6向标定台9输出y方向位移具备独立性，不受X方向运动的干扰，即与X方向解耦。
[0025]如图3所示，还包括与所述第一作动器6和第二作动器2依次连接的功率放大器10和控制系统11，所述控制系统11将经过调制后的激励信号(减小了压电迟滞效应及结构非线性带来的误差)经过功率放大器10后，输入到第一作动器6和第二作动器2，使第一作动器6和第二作动器2能够输出正弦位移，从而对标定台9起激励作用，使其能够做准确度高的正弦位移运动。
[0026]放置在标定台9上的加速度器产生加速度a和所述控制系统11输入的位移幅值A和频率为f的关系如下式:
[0027]
【权利要求】
1.一种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台，其特征在于:包括放置加速度器的标定台(9)，和标定台(9)连接的实现其沿y方向正弦位移运动的第一作动器(6)，在标定台(9)与作动面垂直的两侧即y方向连接有第一柔性铰链(7)和第二柔性铰链(8)，所述第一柔性铰链(7)和第二柔性铰链(8)在铰链处厚度薄，通过变形保持标定台(9)y方向正弦位移运动，在与y方向垂直的X方向上厚度厚，限制标定台(9)沿X方向的运动；所述第一柔性铰链(7)和第二柔性铰链(8)的两端固定有外框(5)内，在所述外框(5)的外部设置有固定在底座(1)上实现所述外框(5)、标定台(9)、第一柔性铰链(7)、第二柔性铰链(8)和第一作动器(6)沿X方向正弦位移运动的第二作动器(2)，第三柔性铰链(3)和第四柔性铰链(4)固定在底座(1)的X方向上，并内侧固定在外框(5)上，所述第三柔性铰链(3)和第四柔性铰链(4)在铰链处厚度薄，通过变形保持所述外框(5)、标定台(9)、第一柔性铰链(7)、第二柔性铰链(8)和第一作动器(6)沿X方向正弦位移运动，在与X方向垂直的y方向上厚度厚，限制所述外框(5)、标定台(9)、第一柔性铰链(7)、第二柔性铰链(8)和第一作动器(6)沿y方向运动。
2.根据权利要求1所述的一种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台，其特征在于:所述第一作动器(6)固定于外框(5)内侧，其本身与外框(5)和标定台(9)在第二作动器(2)的作动下，一起沿X方向运动，同时标定台(9)在第一作动器(6)的作动下，输出I方向上的位移，并且标定台9在第一作动器6在X方向上相对静止,所以第一作动器(6)向标定台(9)输出y方向位移具备独立性，不受X方向运动的干扰，即与X方向解耦。
3.根据权利要求1或2所述的一种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台，其特征在于:还包括与所述第一作动器(6)和第二作动器(2)依次连接的功率放大器(10)和控制系统(11)，所述控制系统(11)将经过调制后的激励信号经过功率放大器(10)后，输入到第一作动器(6)和第二作动器(2),使第一作动器(6)和第二作动器(2)能够输出正弦位移，从而对标定台(9)起 激励作用，使其能够做准确度高的正弦位移运动。
4.根据权利要求3所述的一种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台，其特征在于:放置在标定台(9)上的加速度器产生加速度a和所述控制系统(11)输入的位移幅值A和频率为f的关系如下式: * α A =-
4 Ir2./2
5.根据权利要求1所述的一种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台，其特征在于:所述第三柔性铰链(3)、第四柔性铰链(4)、第一柔性铰链(7)和第二柔性铰链(8)的铰链处为双菱形结构。
6.根据权利要求1所述的一种通过正弦位移控制的双轴解耦加速度动态标定台，其特征在于:所述底座(1)、外框(5)和标定台(9)的材料为铝；所述第三柔性铰链(3)、第四柔性铰链(4)、第一柔性铰链(7)和第二柔性铰链(8)的材料为弹簧钢。
【文档编号】G01P21/00GK104020314SQ201410234642
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】武彤晖, 徐明龙, 敬子建, 李亮 申请人:西安交通大学