專利名稱：反作用力矩測(cè)試方法及測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密微特電機(jī)的參數(shù)測(cè)試儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及高轉(zhuǎn)速小力矩的 微特電機(jī)參數(shù)的測(cè)試儀器。
背景技術(shù)：
精密微特電機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)電式陀螺儀、陀螺加速度表、速率陀螺儀等慣性儀表 中。作為慣性儀表中的核心部件，電機(jī)的啟動(dòng)力矩、摩擦力矩、對(duì)慣性儀表的精度和穩(wěn) 定性影響很大。慣性儀表中的電機(jī)的啟動(dòng)力矩、摩擦力矩直接測(cè)量不易實(shí)現(xiàn)。利用力的作用是相互的原理，通過(guò)測(cè)量電機(jī)定子軸上所受轉(zhuǎn)子軸施加的作用力矩 可以測(cè)出電機(jī)的啟動(dòng)力矩和摩擦力矩。作為慣性儀表的設(shè)計(jì)參考。同時(shí)還可兼得負(fù)載力矩、 慣性時(shí)間、同步時(shí)間等參數(shù)作為慣性儀表排故和技術(shù)歸零時(shí)的參考?，F(xiàn)有的儀器利用氣浮陀螺的原理，由浮子、傳感器轉(zhuǎn)子、力矩器轉(zhuǎn)子、接線柱、卡 頭、被測(cè)元件組成的懸浮可動(dòng)系統(tǒng)，由空氣軸承的殼體、力矩器和傳感器的定子、底座組成 靜止系統(tǒng)。當(dāng)空氣軸承通氣時(shí)，浮子系統(tǒng)被懸浮，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，固定在卡頭上的定子產(chǎn)生 電磁力矩，使轉(zhuǎn)子加速并克服負(fù)載力矩。同樣，轉(zhuǎn)子也要給定子部分施加反作用力矩，使定 子軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由于傳感器的轉(zhuǎn)子和定子軸聯(lián)接，所以傳感器要輸出信號(hào)給線路控制部分，此信 號(hào)經(jīng)放大、解調(diào)、數(shù)據(jù)處理再反饋一個(gè)直流電流給力矩器的定子，此力矩平衡轉(zhuǎn)子施加在定 子上的各種力矩，始終讓浮子軸系統(tǒng)處在傳感器零位附近。再將所反饋給力矩器的直流信 號(hào)采集輸入計(jì)算機(jī)處理得出相應(yīng)力矩信息。原有儀器由于原理和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成儀器在使用中故障率高，修復(fù)難度大，使得日 常維護(hù)要求高，維修時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是設(shè)計(jì)一種新型的反作用力矩測(cè)試儀器，對(duì)電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。具體地說(shuō)，反作用力矩測(cè)試方法，其是在靜態(tài)力矩傳感器上通過(guò)聯(lián)軸器固定被測(cè) 對(duì)象的定子軸獲得被測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確微小扭矩值對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，將傳感器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò) 信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集，準(zhǔn)確的獲得力矩?cái)?shù)據(jù)；并用計(jì)算機(jī)處理相關(guān)數(shù)據(jù)得到啟動(dòng)力矩、負(fù)載 力矩、摩擦力矩并計(jì)算出慣性時(shí)間、同步時(shí)間。實(shí)現(xiàn)上述方法的反作用力矩測(cè)試儀，其具有一靜態(tài)力矩傳感器，在靜態(tài)力矩傳感 器上固定聯(lián)軸器獲得被測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確微小扭矩值，該靜態(tài)力矩傳感器依次與信號(hào)調(diào)理和數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)相連接并接入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)被測(cè)量特性和測(cè)量原理的分析研究，選用目前技術(shù)已經(jīng)很成熟的靜 態(tài)力矩傳感器，獲得準(zhǔn)確的微小扭矩值，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集，準(zhǔn)確的獲得力矩?cái)?shù)據(jù)。 儀器根據(jù)不同的測(cè)量量程需求，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換。整個(gè)測(cè)試過(guò)程全自動(dòng)，界面友好， 操作簡(jiǎn)練，不需要人為調(diào)整輸入量程，即實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)試過(guò)程，同時(shí)也保證設(shè)備不工作在過(guò)載狀態(tài)，保證了設(shè)備工作的安全性?？梢詫y(cè)量數(shù)據(jù)區(qū)分為啟動(dòng)力矩、負(fù)載力矩、摩擦力 矩并可以計(jì)算出慣性時(shí)間、同步時(shí)間。本發(fā)明為保證儀器的測(cè)量精度，儀器中采用了 0. 測(cè)量精度、0. OlNm量程、 頻率響應(yīng)100μ s的力矩傳感器；為了使力矩測(cè)量的準(zhǔn)確，被測(cè)對(duì)象與力矩傳感器之間采用 自行設(shè)計(jì)聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)高精度聯(lián)接，保證不因聯(lián)接環(huán)節(jié)引入測(cè)量誤差。經(jīng)處理過(guò)的數(shù)據(jù)傳入 計(jì)算機(jī)后編寫相應(yīng)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，給出啟動(dòng)力矩、負(fù)載力矩、摩擦力矩、慣性時(shí)間、 同步時(shí)間等測(cè)量量，并可實(shí)現(xiàn)儀器的標(biāo)定，被測(cè)工件信息的輸入，生成測(cè)試報(bào)告等。本發(fā)明正是巧妙地利用市場(chǎng)上成熟的靜態(tài)力矩傳感器，結(jié)合電機(jī)參數(shù)測(cè)試的原 理，設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟可行。儀器成本降低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。同時(shí)儀器能滿足啟 動(dòng)力矩、負(fù)載力矩、摩擦力矩、慣性時(shí)間、同步時(shí)間的測(cè)量需求。儀器的設(shè)計(jì)精度高于現(xiàn) 有儀器5%的精度。與原有儀器比較原儀器是利用陀螺儀的原理對(duì)反作用力矩進(jìn)行測(cè)量，將洲際導(dǎo) 彈的陀螺儀改造成儀器，因此儀器原理、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，使用過(guò)程中維修難度大、成 本高、周期長(zhǎng)。新儀器的設(shè)計(jì)思想與原儀器完全不同，新儀器的設(shè)計(jì)思想是利用成熟的靜態(tài) 力矩傳感器作為測(cè)量核心，經(jīng)過(guò)對(duì)傳感器增加相應(yīng)的附件如聯(lián)接器、支撐架等并對(duì)傳感器 得到的信號(hào)進(jìn)行模擬和數(shù)字處理即可得到想測(cè)量的反作用力矩。新發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)儀器成本降低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，使用中維護(hù)、修理簡(jiǎn)單，維修 周期短。同時(shí)儀器能滿足啟動(dòng)力矩、負(fù)載力矩、摩擦力矩、慣性時(shí)間、同步時(shí)間的測(cè)量需求。 儀器的設(shè)計(jì)精度高于現(xiàn)有儀器5%的精度。


圖1是測(cè)量原理示意圖。圖2為本發(fā)明聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-1為圖2的B向視圖。圖3為本發(fā)明砝碼盤結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-1為圖3的B向視圖。圖4為本發(fā)明支撐架結(jié)構(gòu)示意圖。圖4-1為圖4的B向視圖。
具體實(shí)施例方式反作用力矩測(cè)試方法，其是在靜態(tài)力矩傳感器上通過(guò)聯(lián)軸器固定被測(cè)對(duì)象的定子 軸獲得被測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確微小扭矩值對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，將傳感器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理和 數(shù)據(jù)采集，準(zhǔn)確的獲得力矩?cái)?shù)據(jù)；并用計(jì)算機(jī)處理相關(guān)數(shù)據(jù)得到啟動(dòng)力矩、負(fù)載力矩、摩擦 力矩并計(jì)算出慣性時(shí)間、同步時(shí)間。實(shí)現(xiàn)所述方法的反作用力矩測(cè)試儀，其是具有一靜態(tài)力矩傳感器，在靜態(tài)力矩傳 感器上固定聯(lián)軸器獲得被測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確微小扭矩值，該靜態(tài)力矩傳感器依次與信號(hào)調(diào)理和 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接并接入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)電機(jī)參數(shù)測(cè)量原理的分析研究，只要能將電機(jī)定子軸上所受電機(jī)轉(zhuǎn)子施加 的反作用力矩感知和測(cè)量出來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)參數(shù)的測(cè)量。目前市場(chǎng)上成熟的靜態(tài)力矩傳感器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止對(duì)象上所受動(dòng)態(tài)力矩的感知和測(cè)量。此類傳感器為通用傳感器，非反作用力矩測(cè)試專用傳感器，要設(shè)計(jì)專用的連接器 將被測(cè)產(chǎn)品與傳感器聯(lián)接到傳感器敏感頭。聯(lián)接器要滿足強(qiáng)度、重量和同軸度的要求，聯(lián)軸 器為十字形結(jié)構(gòu)的軸并采用硬鋁材料，其上制有內(nèi)孔且內(nèi)孔與外軸同軸度要求0.01mm。機(jī) 械設(shè)計(jì)圖如附圖2和圖2-1。由于被測(cè)對(duì)象為豎直安裝，被測(cè)對(duì)象重量大于IKg時(shí)為保護(hù)傳感器同時(shí)保證測(cè)量 精度，要將被測(cè)對(duì)象支撐。支撐大重量被測(cè)對(duì)象的支撐架具有上端的大圓盤和下端的小圓 盤，上端的大圓盤與下端的小圓盤通過(guò)連接管連為一體，中間制有通孔，且和被測(cè)對(duì)象之間 產(chǎn)生的摩擦力矩小于0. Ig · cm。機(jī)械設(shè)計(jì)圖如附圖4和圖4-1。為實(shí)現(xiàn)儀器的校準(zhǔn)標(biāo)定，設(shè)計(jì)砝碼盤用掛砝碼的方式產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)力矩實(shí)現(xiàn)力矩值的 校準(zhǔn)標(biāo)定。砝碼盤為圓形并在中間連有圓管，同時(shí)半徑2. 5cm公差為士0. Olmm,內(nèi)孔與外軸 同軸度0.01mm。機(jī)械設(shè)計(jì)圖如附圖3和圖3-1。自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程，校準(zhǔn)標(biāo)定和誤差修正。儀器根據(jù)不同的測(cè)量量程需求，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換，儀器的校準(zhǔn)標(biāo)定和誤差 修正。整個(gè)測(cè)試過(guò)程全自動(dòng)，界面友好，操作簡(jiǎn)練，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試過(guò)程，同時(shí)也保證設(shè)備 不工作在過(guò)載狀態(tài)，保證了設(shè)備工作的安全性。傳感器輸出的微小信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大電路、信號(hào)調(diào)制電路、信號(hào)濾波電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換 電路進(jìn)行處理，所選用電路為市場(chǎng)上成熟的電路。將得到的數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)編寫相應(yīng) 軟件進(jìn)行處理。實(shí)時(shí)顯示測(cè)試曲線，從曲線得到啟動(dòng)力矩、負(fù)載力矩、摩擦力矩、慣性時(shí)間、 同步時(shí)間等參數(shù)，根據(jù)被測(cè)量的大小自動(dòng)切換量程。軟件具有標(biāo)定儀器修正誤差，出測(cè)試報(bào) 告的功能。本發(fā)明解決了技術(shù)難點(diǎn)有以下幾點(diǎn)1、要能滿足現(xiàn)有儀器所測(cè)量的電機(jī)的全部技術(shù)參數(shù)；2、精度指標(biāo)要超越現(xiàn)有儀器；3、儀器原理和結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單；4、低成本，操作簡(jiǎn)單方便。儀器的技術(shù)要求扭矩測(cè)量范圍0-100g. cm。測(cè)量精度1%最高分辨率0.OOOlgcm量程分別為5、10、20、30、50、IOOg. cm工作環(huán)境實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、無(wú)腐蝕性氣體、液體。儀器供電要求AC220X(1 士 10% )V、50Hz。
權(quán)利要求
1.反作用力矩測(cè)試方法，其特征是在靜態(tài)力矩傳感器上通過(guò)聯(lián)軸器固定被測(cè)對(duì)象的定 子軸獲得被測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確微小扭矩值對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，將傳感器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理 和數(shù)據(jù)采集，準(zhǔn)確的獲得力矩?cái)?shù)據(jù)；并用計(jì)算機(jī)處理相關(guān)數(shù)據(jù)得到啟動(dòng)力矩、負(fù)載力矩、摩 擦力矩并計(jì)算出慣性時(shí)間、同步時(shí)間。
2.實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述方法的反作用力矩測(cè)試儀，其特征是具有一靜態(tài)力矩傳感 器，在靜態(tài)力矩傳感器上固定聯(lián)軸器獲得被測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確微小扭矩值，該靜態(tài)力矩傳感器 依次與信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接并接入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反作用力矩測(cè)試儀，其特征是聯(lián)軸器為十字形結(jié)構(gòu)的軸并采 用硬鋁材料，其上制有內(nèi)孔且內(nèi)孔與外軸同軸度要求0.01mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的反作用力矩測(cè)試儀，其特征是具有支撐大重量被測(cè)對(duì)象 的支撐架，該支撐架具有上端的大圓盤和下端的小圓盤，上端的大圓盤與下端的小圓盤通 過(guò)連接管連為一體，中間制有通孔，且和被測(cè)對(duì)象之間產(chǎn)生的摩擦力矩小于0. Ig · cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反作用力矩測(cè)試儀，其特征是具有砝碼盤，且砝碼盤為圓形 并在中間連有圓管，同時(shí)半徑2. 5cm公差為士0. Olmm,內(nèi)孔與外軸同軸度0. 01mm。
全文摘要
本發(fā)明反作用力矩測(cè)試方法，其是在靜態(tài)力矩傳感器上通過(guò)聯(lián)軸器固定被測(cè)對(duì)象的定子軸獲得被測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確微小扭矩值對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，將傳感器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集，準(zhǔn)確的獲得力矩?cái)?shù)據(jù)；并用計(jì)算機(jī)處理相關(guān)數(shù)據(jù)得到啟動(dòng)力矩、負(fù)載力矩、摩擦力矩并計(jì)算出慣性時(shí)間、同步時(shí)間。實(shí)現(xiàn)上述方法的反作用力矩測(cè)試儀，其具有一靜態(tài)力矩傳感器，在靜態(tài)力矩傳感器上固定聯(lián)軸器獲得被測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確微小扭矩值，該靜態(tài)力矩傳感器依次與信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接并接入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)被測(cè)量特性和測(cè)量原理的分析研究，選用靜態(tài)力矩傳感器，獲得準(zhǔn)確的微小扭矩值，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集，準(zhǔn)確的獲得力矩?cái)?shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01L3/00GK102095540SQ20101054379
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者張博 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第九研究院七一○七廠