本發(fā)明屬于慣性器件測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)臺角速率檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

轉(zhuǎn)臺作為慣性器件測試設(shè)備，其角速率的精度及平穩(wěn)性對慣性器件的性能起著舉足輕重的作用。隨著慣性器件角速率指標不斷提高，對轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)自身角速率精度指標的要求也日益提高。

目前，角速率的檢測根據(jù)角速率的大小從360°平均、10°平均及1°平均三個區(qū)間段分別進行。當角速率指令大于360°，利用粘貼于轉(zhuǎn)臺框架上的磁鋼與固定不動的霍爾器件之間位置移動產(chǎn)生霍爾信號，將其作為基準脈沖信號輸出給測試系統(tǒng)計算脈沖間隔時間從而進行角速率計算；當角速率指令小于10°，乃至小于1°時，多通過轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)內(nèi)部的1ms中斷采集轉(zhuǎn)臺角位置進行角速率的精度及平穩(wěn)性計算。

以上方法雖可以完成一般轉(zhuǎn)臺的角速率檢測，但僅用于轉(zhuǎn)臺控制數(shù)據(jù)可開放于角速率檢測的狀態(tài)，不適用排他性控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺角速率測試，存在檢測裝置與控制系統(tǒng)相互干涉，檢測結(jié)果與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集相關(guān)聯(lián)等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題為：提供一種轉(zhuǎn)臺角速率檢測裝置及方法，其脫離于轉(zhuǎn)臺自身控制系統(tǒng)的角速率檢測裝置，測試精度高、適用性強。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述：

一種轉(zhuǎn)臺角速率檢測裝置，包括光電編碼器、標準脈沖處理電路和便攜式檢定儀：光電編碼器在轉(zhuǎn)臺被測軸轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生1Vpp差分信號，標準脈沖信號處理電路將1Vpp差分信號轉(zhuǎn)換成標準單端TTL電平信號，便攜式檢定儀對標準單端TTL電平信號進行計數(shù)。

作為優(yōu)選方案：所述光電編碼器采用圓光柵式光電編碼器。所述圓光柵式光電編碼器包括圓光柵和讀數(shù)頭：圓光柵安裝在轉(zhuǎn)臺被測軸上，徑向回轉(zhuǎn)誤差小于等于5μm；讀數(shù)頭與圓光柵外緣距離2mm。

作為優(yōu)選方案：所述標準脈沖信號處理電路包括濾波電路和高速轉(zhuǎn)換芯片：濾波電路對1Vpp差分信號進行濾波處理，高速轉(zhuǎn)換芯片在保證信號帶寬的前提下將1Vpp差分信號轉(zhuǎn)換為TTL差分電平，再將其轉(zhuǎn)換為單端信號，得到標準單端TTL電平信號。所述高速轉(zhuǎn)換芯片可以采用74LS123型芯片。

作為優(yōu)選方案：所述便攜式檢定儀包括高穩(wěn)定時鐘源和信號采集處理電路，對標準單端TTL電平信號的下降沿進行計數(shù)、對標準單端TTL電平信號間隔時間進行計算，通過計算轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過固定角度的時間得到角速率精度及穩(wěn)定度。所述高穩(wěn)定時鐘源可以采用NI標準板卡。

一種轉(zhuǎn)臺角速率檢測方法，包括以下步驟：

步驟1計算平均時間和角速率

轉(zhuǎn)臺工作在速率狀態(tài)，使其按給定速率穩(wěn)定運行，待轉(zhuǎn)臺運行穩(wěn)定后開始測量；便攜式檢定儀共采樣n個數(shù)據(jù)；依據(jù)式(1)計算平均時間，依據(jù)式(2)計算角速率：

ω＝Δθ/T (2)

式中，

為給定速率下轉(zhuǎn)臺被測軸轉(zhuǎn)過定角間隔所用時間的平均值；

n為給定速率點連續(xù)測量次數(shù)；

T_i為給定速率下轉(zhuǎn)臺被測軸第i次轉(zhuǎn)過定角間隔所用時間，i＝1、2、…、n；

ω為角速率理論值；

△θ為定角間隔；

T為轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過定角間隔所用時間；

步驟2計算角速率絕對誤差和角速率平穩(wěn)性絕對誤差

在轉(zhuǎn)臺速率小于0.1°/s時，依據(jù)式(3)計算角速率絕對誤差、依據(jù)式(4)計算角速率平穩(wěn)性絕對誤差

其中，

式中：

E_ω為角速率絕對誤差；

為角速率平均值；

為角速率平穩(wěn)性絕對誤差；

為各速率點測量值相對于速率平均值的最大正偏差值；

為與速率平均值具有最大正偏差的速率點測量值；

為各速率點測量值相對于速率平均值的最大負偏差值；

為與速率平均值具有最大負偏差的速率點測量值；

步驟3計算角速率相對誤差和角速率平穩(wěn)性相對誤差

當轉(zhuǎn)臺速率大于等于0.1°/s時，依據(jù)式(5)計算角速率相對誤差、依據(jù) 式(6)計算角速率平穩(wěn)性相對誤差：

式中：

V_ω為角速率相對誤差；

T_g為給定速率下轉(zhuǎn)臺被測軸轉(zhuǎn)過定角間隔所用時間的理論值；

σ_ω為角速率平穩(wěn)性相對誤差；

N為按給定速率選定的測量次數(shù)。

作為優(yōu)選方案：步驟1中，△θ取值為360°、或10°或1°。

作為優(yōu)選方案：步驟3中，360°平均區(qū)段中，N＝10；10°平均區(qū)段中，N＝10；1°平均區(qū)段中，當角速率理論值ω≥0.005°/s時，N＝10，當角速率理論值ω<0.005°/s時，N＝3。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)臺角速率檢測裝置及方法，設(shè)計原理明確，執(zhí)行機構(gòu)清晰，通過可溯源的計數(shù)設(shè)備及高可靠性的編碼器及處理電路實現(xiàn)了適用于不同類型轉(zhuǎn)臺的角速率檢測；

(2)本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)臺角速率檢測裝置及方法，實現(xiàn)即裝即用，并能夠?qū)崟r得到處理結(jié)果，具有適用性強、計時準確度高的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的轉(zhuǎn)臺角速率檢測裝置組成示意圖；

圖2為本發(fā)明的外置圓光柵式光電編碼器安裝示意圖。

圖中，1-轉(zhuǎn)臺被測軸，2-圓光柵，3-讀數(shù)頭夾桿，4-讀數(shù)頭，5-光電編碼器安裝板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)臺角速率檢測裝置及方法進行詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)臺角速率檢測裝置，包括光電編碼器、標準脈沖處理電路和便攜式檢定儀：光電編碼器在轉(zhuǎn)臺被測軸1轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生1Vpp差分信號，標準脈沖信號處理電路將1Vpp差分信號轉(zhuǎn)換成標準單端TTL電平信號，便攜式檢定儀對標準單端TTL電平信號進行計數(shù)。

所述光電編碼器采用圓光柵式光電編碼器，當轉(zhuǎn)臺勻速運動于某一轉(zhuǎn)速時，圓光柵式光電編碼器產(chǎn)生對應(yīng)其線數(shù)的1Vpp差分信號。如圖2所示，本實施例中的圓光柵式光電編碼器包括圓光柵2和讀數(shù)頭4：圓光柵2安裝在轉(zhuǎn)臺被測軸1上，徑向回轉(zhuǎn)誤差不大于5μm；讀數(shù)頭4與圓光柵2外緣距離2mm，用于轉(zhuǎn)臺被測軸1轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生1Vpp差分信號。當線數(shù)為18000時，在轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為360°/s的情況下，轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)一圈圓光柵式光電編碼器可輸出18000周期信號。

所述標準脈沖信號處理電路包括濾波電路和高速轉(zhuǎn)換芯片：濾波電路對1Vpp差分信號進行濾波處理，高速轉(zhuǎn)換芯片在保證信號帶寬的前提下將1Vpp差分信號轉(zhuǎn)換為TTL差分電平，再將其轉(zhuǎn)換為單端信號，得到標準單端TTL電平信號。本實施例中，所述濾波電路采用高可靠性的電阻、電容實現(xiàn)；高速轉(zhuǎn)換芯片采用74LS123型芯片。

所述便攜式檢定儀包括高穩(wěn)定時鐘源和信號采集處理電路，可對標準單端TTL電平信號的下降沿進行計數(shù)和標準單端TTL電平信號間隔時間計算，通過計算轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過固定角度的時間得到角速率精度及穩(wěn)定度。本實施例中，所述高穩(wěn)定時鐘源采用NI標準板卡；所述信號采集處理電路采用現(xiàn)有技術(shù)中的信號采集電路，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。

本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)臺角速率檢測方法，采用定角測時法實現(xiàn)，其具體包括以下步驟：

步驟1計算平均時間和角速率

轉(zhuǎn)臺工作在速率狀態(tài)，使其按給定速率穩(wěn)定運行，待轉(zhuǎn)臺運行穩(wěn)定后開始測量。便攜式檢定儀共采樣n個數(shù)據(jù)。依據(jù)式(1)計算平均時間，依據(jù)式(2)計算角速率：

ω＝△θ/T (2)

式中，

為給定速率下轉(zhuǎn)臺被測軸轉(zhuǎn)過定角間隔所用時間的平均值；

n為給定速率點連續(xù)測量次數(shù)，本實施例，n＝10；

T_i為給定速率下轉(zhuǎn)臺被測軸第i次轉(zhuǎn)過定角間隔所用時間，i＝1、2、…、n；

ω為角速率理論值；

△θ為定角間隔，本實施例中，△θ可以取值360°、10°或1°；

T為轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過定角間隔所用時間。

步驟2計算角速率絕對誤差和角速率平穩(wěn)性絕對誤差

在轉(zhuǎn)臺速率小于0.1°/s時，依據(jù)式(3)計算角速率絕對誤差、依據(jù)式(4)計算角速率平穩(wěn)性絕對誤差

其中，

式中：

E_ω為角速率絕對誤差；

為角速率平均值；

為角速率平穩(wěn)性絕對誤差；

為各速率點測量值相對于速率平均值的最大正偏差值；

為與速率平均值具有最大正偏差的速率點測量值；

為各速率點測量值相對于速率平均值的最大負偏差值；

為與速率平均值具有最大負偏差的速率點測量值。

步驟3計算角速率相對誤差和角速率平穩(wěn)性相對誤差

當轉(zhuǎn)臺速率大于等于0.1°/s時，依據(jù)式(5)計算角速率相對誤差、依據(jù)式(6)計算角速率平穩(wěn)性相對誤差：

式中：

V_ω為角速率相對誤差；

T_g為給定速率下轉(zhuǎn)臺被測軸轉(zhuǎn)過定角間隔所用時間的理論值；

σ_ω為角速率平穩(wěn)性相對誤差；

N為按給定速率選定的測量次數(shù)。

本實施例中，360°平均區(qū)段中，N＝10；10°平均區(qū)段中，N＝10；1°平均區(qū)段中，當角速率理論值ω≥0.005°/s時，N＝10，當角速率理論值ω<0.005°/s時，N＝3。