非电机驱动式水平轴向角振动装置

本发明属于角振动台，尤其是涉及一种非电机驱动式水平轴向角振动装置。

背景技术：

1、随着现代科学技术的发展，角振动传感器越来越广泛地应用于国民经济生活的各个领域，例如：深海探测、资源勘探、航空航天、医疗器械、汽车工业和家用电器等。角振动传感器出厂前需要标定，使用一定时间或修理后需要校准，而角振动台作为角振动传感器动态性能标定或校准的关键设备之一，越来越受到人们的重视，除此之外，角振动台还可用于对各种产品进行角振动环境试验。

2、传统的角振动台采取直流力矩电机作为驱动元件，电机力矩输出轴与运动部件主轴连接固定，与当直流力矩电机通有交变电流时，电机产生的交变力矩作用于运动部件上，进而使得运动部件产生角振动。这种采用直流力矩电机的角振动台由于电机时间常数的影响，工作的频率范围一般在100hz以下，而且由于机械轴承摩擦力大以及电机内部不均匀磁场，即使使用无刷直流力矩电机，振动台输出的角振动波形失真度也比较大。

3、近些年来，为了克服上述以电机为驱动元件的角振动台的缺点，非电机驱动模式的线圈励磁驱动式的角振动台逐渐被提出。例如中国专利cn200610099078.9号披露了一种非电机方式电动式角振动台，角振动台的励磁系统由电工纯铁制成的底座、磁芯外壁以及磁轭与励磁线圈配合，动圈骨架上均布导线槽，驱动导线用绝缘胶纸紧裹，插入动圈骨架上的导线槽后，高压浸漆、固化，导线在线槽两端伸出与编制软线焊接，主轴为空心筒杯结构，其两端分别与动圈和台面连接，主轴外套装橡胶筒，橡胶筒的两端用强力胶分别粘结在支撑座和台面上，动圈置于磁芯与磁辄之间。这种角振动台由励磁线圈产生磁场，向位于气隙磁场中的动圈通入交变的电流，在动圈与磁场的电磁耦合作用下，动圈产生交变的力矩，从而使与动圈相连的台面产生角振动。这种角振动台的缺点在于：1)动圈绕线困难，布线不均匀，工艺复杂；2)转动部件惯量大，工作频率范围窄；3)由于采用橡胶筒弹簧作为驱动部件的恢复弹簧，限制了转角范围，角位移小，角加速度波形失真度大。

4、中国专利cn201420503770.3描述的一种角振动装置，其包括外壳、台面、带动台面旋转的主轴、第一动圈组件、磁路组件、空气轴承和角位移传感器。该角振动装置工作时,向线圈内通入交变电流，线圈在磁场的作用下产生安培力，从而使第一动圈组件在安培力作用下绕平衡位置来回振动。这种角振动装置解决了上述角振动台存在的问题，然而，所有以上类型角振动台的转动轴均为与角振动台台面呈垂直方向，或与重力加速度呈平行方向。

5、角振动传感器有两类：一类是敏感转轴垂直于安装面的；另一类是敏感转轴平行于安装面的，而安装面一般呈水平状态。采用转动轴与台面呈垂直方向，或与重力加速度呈平行方向的角振动台只能用来校准敏感转轴垂直于安装面的角振动传感器，如果用它来校准敏感转轴平行于安装面的角振动传感器，必须使其安装面呈垂直于角振动台台面安放状态，然而，这样与其实际工作状态不一致，再加上附加工装的影响，从而带来较大的校准误差。对于敏感转轴平行于安装面的角振动传感器必须采用转动轴与台面呈平行方向的角振动台。此外，用于模拟水平轴向转动自由度的产品角振动环境试验也需要有转动轴与台面呈平行方向的角振动台；同时，转动轴与台面呈平行方向的角振动台还可用于重力场动态校准线加速度传感器。目前，市场上还没有转动轴为与台面呈平行方向的校准用角振动台。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有技术的不足，提供一种的非电机驱动式水平轴向角振动装置。

2、一种非电机驱动式水平轴向角振动装置，包括

3、底座；

4、运动部件，至少包括用于放置测试设备的台面及与台面相连以带动台面旋转的主轴，所述主轴轴线水平设置，且该主轴两端分别可转动设于底座上；

5、第二驱动部件，包括与部分穿入台面的主轴和/或台面相关联的第二动圈组件及与第二动圈组件相配合的第二磁路组件；当向第二动圈组件通入交变电流时，在第二磁路组件产生的气隙磁场的作用下，第二动圈组件绕平衡位置来回转动以通过主轴带动台面摆动。

6、可选的，所述角振动装置至少设有两组第二驱动部件，其中至少一组第二驱动部件作为动力源以驱动运动部件绕平衡位置来回摆动，其余的第二驱动部件作为扭矩补偿。

7、可选的，所述第二动圈组件包括至少一个第二动圈单元，该第二动圈单元包括半圆片状的第二基体及至少一个固定于第二基体表面上的第二线圈组，所述第二基体的圆心与主轴的轴线重合。

8、可选的，第二线圈组包括由一根导线绕制而成的第一线圈和第二线圈；第一线圈和第二线圈分别包括位于气隙磁场内的有效导线组和位于气隙磁场外的第一连接导线组、第二连接导线组，每个线圈具有两个有效导线组，第一、第二连接导线组分别与两侧的有效导线组连接；其中第一连接导线组靠近第二基体圆心，第二连接导线组远离第二基体圆心；第一、第二连接导线组与第二基体同心，有效导线组中的导线均指向第二基体的圆心；一个线圈中的两个有效导线组的电流方向相反，且一个线圈中的两个有效导线组分别与相邻的两个气隙磁场一一对应，相邻气隙磁场的指向相反。

9、可选的，所述第二磁路组件包括设于安装座上的第一导磁体、与所述第一导磁体相配合的第二导磁体、设于所述第一导磁体上的第一磁钢、设于所述第二导磁体上的第二磁钢及形成于第一磁钢和第二磁钢之间的第二气隙；第二动圈组件分别与第一磁钢和第二磁钢间隙配合。

10、可选的，所述第二驱动部件设有多组，多组第二驱动部件对称设于主轴中部，相邻两组第二驱动部件可共用一个导磁体。

11、可选的，所述第一磁钢和第二磁钢的数量相等，且第一磁钢和第二磁钢的一一对应；所述第一磁钢和第二磁钢的结构相同，多个第一磁钢和第二磁钢分别围成一个扇环形区域，第一磁钢围成的扇环形区域、第二磁钢围成的扇环形区域与主轴同轴线设置。

12、可选的，所述第二基体与台面通过连接结构固定连接，该连接结构包括第一固定块及第二固定块；所述第一固定块设为瓦形，具有与第二基体连接的第一连接部及与台面连接的第二连接部，该第一固定块面向台面一侧具有包覆主轴的弧面，且该弧面的中心线与主轴轴线重合；所述第二固定块位于第二基体远离中心线的位置，具有与第二基体连接的第一支部及与台面连接的第二支部。

13、可选的，所述底座上对称设置有至少两个支座；所述电磁驱动式水平轴向角振动装置还包括径向空气轴承及轴向气浮轴承，所述主轴通过径向空气轴承与支座相连，所述径向空气轴承包括套接于主轴的气浮轴套及与气浮轴套相配合的轴承座，气浮轴套与主轴侧壁之间形成径向气膜；所述轴承座安装于所述支座；所述主轴两端分别设置有所述轴向空气轴承，所述轴向空气轴承包括止推于主轴端部的平面气浮轴承和与之相配的压紧螺栓和支撑板，平面气浮轴承与主轴端部之间形成轴向气膜；所述支撑板安装于所述支座上。

14、可选的，所述主轴端部设有圆光栅，且支座上设有与圆光栅相配合以检测主轴和台面输出的角位移信号的读数头；所述主轴远离圆光栅一端设置有配重环；所述第二

15、驱动部件的工作步骤为：

16、st1：当台面未放置测试设备时，根据设计要求，运动部件质心刚好位于主轴轴线上；此时，可使得台面停留在水平位置上，并设为运动部件的平衡位置，以及圆光栅记录零点位置；

17、st2：当测试设备放置于台面上时，运动部件质心将往上方偏移，当运动部件质心位于主轴轴线上方时，运动部件重力将产生偏转重力矩，导致运动部件整体转动偏移零位；

18、st3：作为动力源的第二驱动部件驱动运动部件绕平衡位置来回摆动，圆光栅反馈运动部件整体偏转角位移信号至上位机；

19、st4：上位机根据运动部件整体偏转角位移计算偏转重力矩大小，向作为扭矩补偿的第二驱动部件中的第二动圈组件输出相应电流，所述作为扭矩补偿的第二驱动部件产生与该偏转重力矩大小相等、方向相反的补偿力矩对运动部件的位置进行补偿，使台面水平以归为零位。

20、综上所述，本发明具有以下有益效果：

21、1、本发明主轴水平放置，并由第二驱动部件驱动，进而放置测试设备的台面绕与其平行的转动轴做角振动，实现了对敏感转轴平行于安装面的测试设备(如角振动传感器)的激励，进而实现对敏感转轴平行于安装面的角振动传感器在实际安装条件下的动态校准，从而获得该种传感器的幅频特性和相频特性，使得本发明角振动装置可用于动态校准敏感转轴平行于安装面的角振动传感器的场景中

22、2、通过设置至少一组第二驱动部件作为动力源，并且设置有至少一组第二驱动部件作为扭矩补偿，通过多组第二驱动部件的组合，角振动装置工作时，当台面上测试设备因其质量不均匀产生重力矩作用于台面和主轴时，作为扭矩补偿的第二驱动部件可产生大小相等、方向相反的扭矩进行补偿，提高测量精度。