用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置及测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置，包括精密离心机、离心机转盘、定位平台、激振系统、直线滑轨、激振底座和试件夹具，离心机转盘与精密离心机的主轴固定连接，定位平台与离心机转盘固定连接，激振底座固定安装在定位平台上，激振系统的固定端与激振底座固定连接，激振系统的台面端与试件夹具固定连接，试件夹具的底面通过直线滑轨与激振底座可移动连接。本发明在离心机的末端设置激振台，激振系统的重量和体积很小，激振原理简单，而且容易实现精密加工和精密装调，一方面弥补了现有类似装置精度低的不足，另一方面通过采用位移放大机构扩展了压电激振系统的振动频带，可以覆盖几十赫兹到几千赫兹的振动频率范围。
【专利说明】
用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置及测试方法
技术领域
[0001]本发明涉及惯性计量测试领域，尤其涉及一种用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置及测试方法。
【背景技术】
[0002]惯性技术在航空、航天、航海、军事、资源探测及地球物理等领域占有非常重要的地位，因而成为世界各国重点发展的技术领域之一。惯性仪表的精度直接决定了惯性制导的精度，是衡量惯性技术水平的重要性能指标之一。但是由于设计、制造和实验等技术的限制，单纯提高仪表本身的精度存在很大困难。因此，在现有的工艺条件下，通过试验校准等方法，采取修正、补偿措施，提高惯性仪表的精度指标，是当前国内外惯性器件、仪表生产研制机构共同采用的技术途径。
[0003]精密离心机是一种发展较早的现在主流的惯性仪表校准检测装置。该装置的主要功能是为惯性仪表的校准提供高准确度和高稳定度的恒加速度输入值，然而考虑到导弹、飞行器等在发射和再入等飞行过程经历的过载环境还包括振动加速度、噪声和温度等的复合作用，单一过载环境下校准得到的惯性仪表参数并不能完全刻画复合环境的影响。因此更加合理的做法应该是在接近惯性仪表真实环境下进行惯性仪表的校准和检测。
[0004]我国于上世纪八十年代末就开始精密离心机的研制，其中典型的是哈尔滨工业大学研制的JML-3型精密离心机和中国工程物理研究院总体工程研究所在国家重大科学仪器设备开发专项支持下研制的10-6量级精密离心机，但二者均只能提供线性过载加速度，不能用于对惯性仪表在复合环境下的精度校准检测。在用于惯性仪表计量测试的振动离心复合试验装置研制方面。
[0005]发明专利“一种标准的复合加速度输出装置”(专利公布号:CN104019830 A)提出一种采用电磁振动台与精密离心机结合的复合加速度输出装置，但由于电动振动台重量较大，一方面影响离心机的性能，另一方面过载和振动加速度的精度均较低。发明专利“线振动与过载组合测试方法及其装置”(授权公告号:CN 102506897)采用圆盘式离心机和高速旋转平台来组成振动-过载复合试验装置；
[0006]发明专利“过载复合环境测试试验台”(申请公布号:CN103091118 A)采用在过载台上加装两个直线运动机构，直线运动机构上各安装一个随动台的结构方式，创造了在实验室中模拟对象在真实环境中的各种动态运动情况的新方法。然而这些发明创造一方面不能模拟真实飞行环境的高频振动，另一方面激振系统的体积和复杂程度较大，不利于控制装置的加工和控制精度。
[0007]实用新型专利“多参数复合环境试验装置”(授权公告号:CN201777393 U)、发明专利“过载复合环境测试实验台”(申请公布号CN 103091118 A)、发明专利“一种大过载与线振动复合测试设备”(申请公布号:CN103148869 A)都是有关复合环境试验的装置，但这些试验装置关注的是可靠性、功能性测试，而不能用于惯性仪表测试计量领域。
【发明内容】
[0008]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置的测试方法。
[0009]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0010]—种用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置，包括精密离心机、离心机转盘、定位平台、激振系统、直线滑轨、激振底座和试件夹具，所述离心机转盘与所述精密离心机的主轴固定连接，所述定位平台与所述离心机转盘固定连接，所述激振底座固定安装在所述定位平台上，所述激振系统的固定端与所述激振底座固定连接，所述激振系统的台面端与所述试件夹具固定连接，所述试件夹具的底面通过所述直线滑轨与所述激振底座可移动连接。
[0011]具体地，所述激振系统包括压电陶瓷和位移放大机构，所述压电陶瓷设置在所述位移放大机构内，并与所述位移放大机构过盈配合，所述压电陶瓷的振动方向垂直于所述精密离心机提供的过载加速度方向，所述激振系统的振动方向平行于所述过载加速度方向。
[0012]优选地，所述位移放大机构为菱形位移放大机构、椭圆型位移放大机构。
[0013]具体地，所述定位平台设置在所述离心机转盘的外沿，所述定位平台的下侧面与所述离心机转盘固定连接，所述定位平台的上侧面设置有定位滑槽，所述激振底座的下侧面设置有与所述定位滑槽适配的定位滑棱。
[0014]具体地，所述直线滑轨与所述定位滑槽的运动方向均沿所述离心机转盘的半径方向设置。
[0015]优选地，所述激振系统的数量为多个，多个所述激振系统并联或串联设置在所述试件夹具与所述激振底座之间。
[0016]优选地，所述压电陶瓷的数量为多个，多个所述压电陶瓷并联或串联设置在所述位移放大机构的内部。
[0017]将多个激振系统并联或在位移放大机构内部并联设置多个压电陶瓷，可以增加激振系统的负载能力，并能够提供更大的振动推力；
[0018]将多个激振系统串联或在位移放大机构内部串联设置多个压电陶瓷，可以增加激振系统的振动幅值。
[0019]进一步，所述试验装置还包括控制系统和功率放大器，所述控制系统的信号输出端与所述功率放大器的信号输入端连接，所述功率放大器的信号输出端通过电缆与所述压电陶瓷连接。
[0020]基于上述的一种用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置的测试方法，包括下述步骤:
[0021 ] (I)将待测惯性仪表安装至试件夹具；
[0022](2)根据测试需求，通过量杆或计算获取离心机静态半径；
[0023](3)激振系统和离心机同时开启，在设定的转速和设定的振动频率下进行惯性仪表的校准试验。
[0024]具体地，为了提升静态半径的测量精度，上述步骤(2)中的离心机静态半径计算方法包括下述步骤:
[0025](a)根据测试需求，设置激振系统的输入参数，并在激振系统和离心机均静止的状态下，获取待测加速度计的输出电压或电流；
[0026](b)激振系统关闭，离心机启动，将离心机稳定在待测加速度计输入加速度值不大于I g时的转速，并获取待测加速度计的输出电压或电流；
[0027](c)基于步骤(a)和步骤(b)的测量数据，得出激振系统处于振动平衡点时的离心机静态半径；
[0028]本发明的有益效果在于:
[0029]本发明用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置及测试方法在离心机的末端设置激振台，激振系统的重量和体积很小，激振原理简单，而且容易实现精密加工和精密装调，一方面弥补了现有类似装置精度低的不足，另一方面通过采用位移放大机构扩展了压电激振系统的振动频带，可以覆盖几十赫兹到几千赫兹的振动频率??围。
【附图说明】
[0030]图1是本发明所述用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置的立体结构示意图；
[0031]图2是本发明所述用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置的局部结构示意图；
[0032]图3是本发明所述激振系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0034]如图1、图2和图3所示，本发明一种用于惯性仪表11校准的振动离心复合试验装置，包括精密离心机2、离心机转盘1、定位平台3、激振系统、直线滑轨6、激振底座7和试件夹具8，离心机转盘I与精密离心机2的主轴固定连接，定位平台3与离心机转盘I固定连接，激振底座7固定安装在定位平台3上，激振系统的固定端与激振底座7固定连接，激振系统的台面端与试件夹具8固定连接，试件夹具8的底面通过直线滑轨6与激振底座7可移动连接。
[0035]如图3所示，激振系统包括压电陶瓷5和位移放大机构4，压电陶瓷5设置在位移放大机构4内，并与位移放大机构4过盈配合，压电陶瓷5的振动方向垂直于精密离心机2提供的过载加速度方向，激振系统的振动方向平行于过载加速度方向，位移放大机构4为菱形位移放大机构4、椭圆型位移放大机构4或三维位移放大机构4。
[0036]如图2所示，定位平台3设置在离心机转盘I的外沿，定位平台3的下侧面与离心机转盘I固定连接，定位平台3的上侧面设置有定位滑槽9，激振底座7的下侧面设置有与定位滑槽9适配的定位滑棱，直线滑轨6与定位滑槽9的运动方向均沿离心机转盘I的半径方向设置。
[0037]为了增加压电陶瓷5和位移放大机构4组成的激振系统的负载能力，可以采用多根压电陶瓷5安装于位移放大机构4的内部，形成并联结构，也可以是多个激振系统并联组成更大振动推力的激振系统；
[0038]为了增加压电陶瓷5和位移放大机构4组成的激振系统的振动幅值，可以采用多个根压电陶瓷5以串联的方式安装于位移放大机构4的内部从而组成更大振动幅值的激振系统，也可以是将多个激振系统串联组成更大振动幅值的激振系统。
[0039]另外的，试验装置还包括控制系统和功率放大器，控制系统的信号输出端与功率放大器的信号输入端连接，功率放大器的信号输出端通过电缆与压电陶瓷5连接，功率放大器的功能是将控制系统的输出信号放大后驱动压电陶瓷5产生伸缩动作。
[0040]同时还可以将离心机转盘I替换为离心机转臂，转臂的第一端与离心机转轴固定连接，定位平台3安装在离心机转臂的第二端。
[0041]上述各个部件之间的连接方式均可采用螺栓连接，连接牢固且便于拆卸。
[0042]在位移放大机构的两端均设置有螺纹孔10，位移放大机构通过螺栓与激振底座3和试件夹具8连接。
[0043]基于上述的一种用于惯性仪表11校准的振动离心复合试验装置的测试方法，包括下述步骤:
[0044](I)将待测惯性仪表11安装至试件夹具8;
[0045](2)根据测试需求，设置激振系统的输入参数，并在激振系统和离心机均静止的状态下，获取待测加速度计的输出电压或电流；
[0046](3)激振系统关闭，离心机启动，将离心机稳定在待测加速度计输入加速度值不大于I g时的转速，并获取待测加速度计的输出电压或电流；
[0047](4)基于步骤(2)和步骤(3)的测量数据，得出激振系统处于振动平衡点时的离心机静态半径；
[0048](5)激振系统和离心机同时开启，在设定的转速和设定的振动频率下进行惯性仪表11的校准试验。
[0049]如果对惯性仪表11的校准精度要求不高，可以事先采用精密量杆等直接测量出精密离心机2的静态半径，以供计算过载加速度。
[0050]本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置，其特征在于:包括精密离心机、离心机转盘、定位平台、激振系统、直线滑轨、激振底座和试件夹具，所述离心机转盘与所述精密离心机的主轴固定连接，所述定位平台与所述离心机转盘固定连接，所述激振底座固定安装在所述定位平台上，所述激振系统的固定端与所述激振底座固定连接，所述激振系统的台面端与所述试件夹具固定连接，所述试件夹具的底面通过所述直线滑轨与所述激振底座可移动连接。2.根据权利要求1所述的用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置，其特征在于:所述激振系统包括压电陶瓷和位移放大机构，所述压电陶瓷设置在所述位移放大机构内，并与所述位移放大机构过盈配合，所述压电陶瓷的振动方向垂直于所述精密离心机提供的过载加速度方向，所述激振系统的振动方向平行于所述过载加速度方向。3.根据权利要求2所述的用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置，其特征在于:所述位移放大机构为菱形位移放大机构、椭圆型位移放大机构或三维位移放大机构。4.根据权利要求1所述的用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置，其特征在于:所述定位平台设置在所述离心机转盘的外沿，所述定位平台的下侧面与所述离心机转盘固定连接，所述定位平台的上侧面设置有定位滑槽，所述激振底座的下侧面设置有与所述定位滑槽适配的定位滑棱。5.根据权利要求4所述的用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置，其特征在于:所述直线滑轨与所述定位滑槽的运动方向均沿所述离心机转盘的半径方向设置。6.根据权利要求1所述的用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置，其特征在于:所述激振系统的数量为多个，多个所述激振系统并联或串联设置在所述试件夹具与所述激振底座之间。7.根据权利要求2所述的用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置，其特征在于:所述压电陶瓷的数量为多个，多个所述压电陶瓷并联或串联设置在所述位移放大机构的内部。8.根据权利要求1所述的用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置，其特征在于:还包括控制系统和功率放大器，所述控制系统的信号输出端与所述功率放大器的信号输入端连接，所述功率放大器的信号输出端通过电缆与所述压电陶瓷连接。9.基于上述权利要求所述的一种用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置的测试方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)将待测惯性仪表安装至试件夹具； (2)根据测试需求，通过量杆或计算获取离心机静态半径； (3)激振系统和离心机同时开启，在设定的转速和设定的振动频率下进行惯性仪表的校准试验。10.根据权利要求10所述的用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置的测试方法，其特征在于:上述步骤(2)中的离心机静态半径计算方法包括下述步骤: (a)根据测试需求，设置激振系统的输入参数，并在激振系统和离心机均静止的状态下，获取待测加速度计的输出电压或电流； (b)激振系统关闭，离心机启动，将离心机稳定在待测加速度计输入加速度值不大于Ig时的转速，并获取待测加速度计的输出电压或电流； (C)基于步骤(a)和步骤(b)的测量数据，得出激振系统处于振动平衡点时的离心机静态半径。
【文档编号】G01C25/00GK105973269SQ201610393279
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】凌明祥, 李思忠, 刘谦, 严侠, 邓婷, 郑星, 王宇飞
【申请人】中国工程物理研究院总体工程研究所