專利名稱：轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于光學領域，涉及一種力矩測試裝置，尤其涉及一種轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置。
背景技術(shù)：
線繞力矩由于轉(zhuǎn)臺上的電源線及信號線對轉(zhuǎn)臺施加的拉力所引起的影響轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的干擾力矩。線繞力矩不但會影響轉(zhuǎn)臺運動的精度及平穩(wěn)度，嚴重時還會造成轉(zhuǎn)臺堵轉(zhuǎn)。因此，線繞力矩和摩擦力矩一樣是很重要的技術(shù)參數(shù)，選擇驅(qū)動電機及控制參數(shù)調(diào)試時都要將線繞力矩的影響考慮在內(nèi)。線繞力矩對空間轉(zhuǎn)動部件的影響在軌運行的航天器處于空間微重力環(huán)境下，對外是一個獨立的系統(tǒng)，整個系統(tǒng)基本不受外力矩作用，系統(tǒng)角動量守恒。航天器上任何一個部件角動量的變化都會給整個平臺帶來擾動，輕者影響衛(wèi)星平臺的姿態(tài)穩(wěn)定精度，進而降低整個衛(wèi)星性能，重者將給衛(wèi)星姿態(tài)及軌道帶來嚴重影響，最終影響整個衛(wèi)星功能及任務的完成。下面以空間轉(zhuǎn)臺為例說明線繞力矩的影響在正常工作模式下，電機處于加電狀態(tài)，轉(zhuǎn)臺在電機的驅(qū)動下平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)臺對衛(wèi)星有一定的力矩及角動量輸出但在衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)控制范圍內(nèi)，不會對衛(wèi)星平臺的姿態(tài)造成影響。但是，若轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到某一線繞力矩較大位置并恰好在該位置電機斷電停止工作，由于電機已經(jīng)沒有力矩輸出，則轉(zhuǎn)臺就會在線繞力矩的作用下加速轉(zhuǎn)動回到線繞力矩較小或為零的位置，并穩(wěn)定下來。由動量矩定理可知，線繞力矩較大時，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的角加速度就會較大，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動過程中對衛(wèi)星平臺輸出的力矩及角動量就較大，對衛(wèi)星平臺的干擾也就較大。因此，研究轉(zhuǎn)動部件特別是空間轉(zhuǎn)動部件的線繞力矩測試方法并搭建有效的測試裝置，對線繞力矩進行精確測量，評估其影響，并采取相應的解決措施具有重要工程使用價值。

實用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、測試精度高以及操作便利的轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置。本實用新型的技術(shù)解決方案是本實用新型提供了一種轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置，其特殊之處在于所述轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置包括轉(zhuǎn)動平臺、速率陀螺儀、B碼、轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元以及數(shù)據(jù)處理計算機；所述轉(zhuǎn)動平臺與B碼分別與數(shù)據(jù)處理計算機電性相連；所述轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元驅(qū)動轉(zhuǎn)動平臺進行自傳；待測轉(zhuǎn)動部件以及所述速率陀螺儀設置在轉(zhuǎn)動平臺上并與轉(zhuǎn)動平臺同步轉(zhuǎn)動。上述轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元包括砝碼、連接繩以及滑輪；所述連接繩的一端纏繞在轉(zhuǎn)動平臺外周，另一端穿過滑輪與懸空的砝碼連接；所述砝碼在其重力作用下通過連接繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動平臺進行自轉(zhuǎn)。上述待測轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動軸與轉(zhuǎn)動平臺的轉(zhuǎn)動軸相平行。[0009]上述速率陀螺儀的輸入軸與待測轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動軸相平行。上述轉(zhuǎn)動平臺是氣浮轉(zhuǎn)動平臺。 上述速率陀螺儀是光纖速率陀螺儀。本實用新型的優(yōu)點是本實用新型提供了一種轉(zhuǎn)臺線繞カ矩測試裝置，該轉(zhuǎn)臺線繞カ矩測試裝置包括轉(zhuǎn)動平臺(尤其采用氣浮轉(zhuǎn)動平臺)、速率陀螺儀、B碼、轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元以及數(shù)據(jù)處理計算機；其中氣浮轉(zhuǎn)動平臺是該系統(tǒng)的核心，利用它摩擦カ矩較小的特點，模擬在軌工作的衛(wèi)星平臺，和被測試的轉(zhuǎn)動部件構(gòu)成ー個獨立系統(tǒng)，在氣浮轉(zhuǎn)動平臺轉(zhuǎn)動方向上動量守恒；速率陀螺儀來測量氣浮轉(zhuǎn)動平臺轉(zhuǎn)動角速度碼用來提供時間信息，并和速率陀螺儀ー塊完成氣浮轉(zhuǎn)動平臺轉(zhuǎn)動角加速度的測量；高精度砝碼用于對氣浮轉(zhuǎn)動平臺施加精確已知的力矩；數(shù)據(jù)處理計算機用于完成相關的數(shù)據(jù)處理。氣浮轉(zhuǎn)動平臺具有摩擦カ矩小的特點，忽略氣浮轉(zhuǎn)動平臺摩擦カ矩時，氣浮轉(zhuǎn)動平臺和待測轉(zhuǎn)動部件所組成的系統(tǒng)所受外力矩為零，系統(tǒng)角動量守恒。由角動量守恒定理，待測轉(zhuǎn)動部件的角動量的變化與氣浮轉(zhuǎn)動平臺角動量的變化大小相等，符號相反。因此，可以通過測試氣浮轉(zhuǎn)動平臺角動量的變化來間接測量線繞カ矩作用下待測轉(zhuǎn)動部件的角動量的變化。由動量矩定理可知，由于角動量的變化率即是所受カ矩，因此，可以通過對可以通過測試氣浮轉(zhuǎn)動平臺角動量隨時間的變化來間接測量待測轉(zhuǎn)動部件的線繞カ矩，基于本實用新型所提供的測試裝置結(jié)構(gòu)簡單、測試精度高以及便于操作。

圖1是本實用新型所提供的轉(zhuǎn)臺線繞カ矩測試裝置的原理示意圖；其中1-B碼；2_數(shù)據(jù)處理計算機；3_氣浮轉(zhuǎn)動平臺；4_速率陀螺儀；5_待測轉(zhuǎn)動部件；6-砝碼。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型提供了一種轉(zhuǎn)臺線繞カ矩測試裝置，該轉(zhuǎn)臺線繞カ矩測試裝置包括轉(zhuǎn)動平臺、速率陀螺儀4、B碼1、轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元以及數(shù)據(jù)處理計算機2 ;轉(zhuǎn)動平臺與B碼I分別與數(shù)據(jù)處理計算機2電性相連；轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元驅(qū)動轉(zhuǎn)動平臺進行自傳；待測轉(zhuǎn)動部件5以及所述速率陀螺儀4設置在轉(zhuǎn)動平臺上并與轉(zhuǎn)動平臺同步轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元包括砝碼6、連接繩以及滑輪；連接繩的一端纏繞在轉(zhuǎn)動平臺外周，另一端穿過滑輪與懸空的砝碼6連接；砝碼6在其重力作用下通過連接繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動平臺進行自轉(zhuǎn)。待測轉(zhuǎn)動部件5的轉(zhuǎn)動軸與轉(zhuǎn)動平臺的轉(zhuǎn)動軸相平行；速率陀螺儀4的輸入軸與待測轉(zhuǎn)動部件5的轉(zhuǎn)動軸相平行。轉(zhuǎn)動平臺優(yōu)選是氣浮轉(zhuǎn)動平臺3 ;速率陀螺儀4是光纖速率陀螺儀4。其中氣浮轉(zhuǎn)動平臺3是該系統(tǒng)的核心，利用它摩擦カ矩較小的特點，模擬在軌エ作的衛(wèi)星平臺，和被測試的轉(zhuǎn)動部件構(gòu)成ー個獨立系統(tǒng)，在氣浮轉(zhuǎn)動平臺3轉(zhuǎn)動方向上動量守恒；速率陀螺儀4來測量氣浮轉(zhuǎn)動平臺3轉(zhuǎn)動角速度；B碼I用來提供時間信息，并和速率陀螺儀4 ー塊完成氣浮轉(zhuǎn)動平臺3轉(zhuǎn)動角加速度的測量；高精度砝碼6用于對氣浮轉(zhuǎn)動平臺3施加精確已知的カ矩；數(shù)據(jù)處理計算機2用于完成相關的數(shù)據(jù)處理。本實用新型的工作原理是氣浮轉(zhuǎn)動平臺3具有摩擦カ矩小的特點，忽略氣浮轉(zhuǎn)動平臺3摩擦カ矩時，氣浮轉(zhuǎn)動平臺3和待測轉(zhuǎn)動部件5所組成的系統(tǒng)所受外力矩為零，系統(tǒng)角動量守恒。由角動量守恒定理，待測轉(zhuǎn)動部件5的角動量的變化與氣浮轉(zhuǎn)動平臺3角動量的變化大小相等，符號相反。因此，可以通過測試氣浮轉(zhuǎn)動平臺3角動量的變化來間接測量線繞カ矩作用下待測轉(zhuǎn)動部件5的角動量的變化。由動量矩定理可知，由于角動量的變化率即是所受カ矩，因此，可以通過對可以通過測試氣浮轉(zhuǎn)動平臺3角動量隨時間的變化來間接測量待測轉(zhuǎn)動部件5的線繞カ矩。本實用新型的具體測試步驟是I)將待測轉(zhuǎn)動部件固定在氣浮轉(zhuǎn)動平臺轉(zhuǎn)動臺面上，并通過調(diào)節(jié)使待測轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)軸與氣浮轉(zhuǎn)動平臺轉(zhuǎn)軸平行；2)將光纖速率陀螺儀固定在氣浮轉(zhuǎn)動平臺轉(zhuǎn)動臺面上，并使其輸入軸與待測轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)軸平行；3)將氣浮轉(zhuǎn)動平臺浮起并對其進行調(diào)平，以減小氣浮轉(zhuǎn)動平臺自身的摩擦カ矩；4)通過懸掛不同質(zhì)量的砝碼，利用砝碼自身的重力對氣浮轉(zhuǎn)動平臺施加切線カ矩，使氣浮轉(zhuǎn)動平臺加速轉(zhuǎn)動，井根據(jù)速率陀螺儀和B碼的輸出結(jié)果，計算氣浮轉(zhuǎn)動平臺摩擦力矩；(若氣浮轉(zhuǎn)動平臺摩擦カ矩相對被測カ矩很小，可以忽略不計時，該步驟可跳過。)5)在氣浮轉(zhuǎn)動平臺邊緣通過滑輪懸掛高精度砝碼，在砝碼施加的カ矩的作用下氣浮轉(zhuǎn)動平臺加速旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)處理計算機同時采集速率陀螺儀和B碼數(shù)據(jù)，按下面的公式(I)計算氣浮轉(zhuǎn)動平臺面及待測轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量；
權(quán)利要求1.一種轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置包括轉(zhuǎn)動平臺、速率陀螺儀、B碼、轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元以及數(shù)據(jù)處理計算機；所述轉(zhuǎn)動平臺與B碼分別與數(shù)據(jù)處理計算機電性相連；所述轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元驅(qū)動轉(zhuǎn)動平臺進行自轉(zhuǎn)；待測轉(zhuǎn)動部件以及所述速率陀螺儀設置在轉(zhuǎn)動平臺上并與轉(zhuǎn)動平臺同步轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元包括砝碼、連接繩以及滑輪；所述連接繩的一端纏繞在轉(zhuǎn)動平臺外周，另一端穿過滑輪與懸空的砝碼連接；所述砝碼在其重力作用下通過連接繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動平臺進行自轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置，其特征在于所述待測轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動軸與轉(zhuǎn)動平臺的轉(zhuǎn)動軸相平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置，其特征在于所述速率陀螺儀的輸入軸與待測轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動軸相平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)動平臺是氣浮轉(zhuǎn)動平臺。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置，其特征在于所述速率陀螺儀是光纖速率陀螺儀。
專利摘要本實用新型涉及一種轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置，該轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置包括轉(zhuǎn)動平臺、速率陀螺儀、B碼、轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元以及數(shù)據(jù)處理計算機；轉(zhuǎn)動平臺與B碼分別與數(shù)據(jù)處理計算機電性相連；轉(zhuǎn)動平臺驅(qū)動單元驅(qū)動轉(zhuǎn)動平臺進行自傳；待測轉(zhuǎn)動部件以及所述速率陀螺儀設置在轉(zhuǎn)動平臺上并與轉(zhuǎn)動平臺同步轉(zhuǎn)動。本實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、測試精度高以及操作便利的轉(zhuǎn)臺線繞力矩測試裝置。
文檔編號G01L3/00GK202886036SQ20122049120
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者田留德, 趙建科, 段亞軒, 張周鋒, 周艷, 薛勛 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所