CN101545790A - 惯性器件旋转振动性能测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种惯性器件旋转振动性能测试系统，由旋转驱动系统、振动实验系统、旋转振动工装和数据测试系统组成。旋转驱动系统中电机通过软轴驱动待测惯性器件旋转，振动实验系统中振动台通过无间隙轴承带动待测惯性器件振动，数据测试系统通过导电滑环测试待测惯性器件的输出数据。该系统中电机工作于非振动环境，轴承振动性能优异，数据测试系统无数据线扭转。利用该系统可测试各种惯性器件在绕其任一轴旋转并沿与该轴平行或垂直方向振动时的性能，旋转速度可达0～10000°/s，旋转角度无限制，随机振动可达10～2000Hz范围内1g2/Hz，正弦扫描振动可达10～2000Hz范围内30g。目前尚无其他可实现相同目标的测试系统。

Description

惯性器件旋转振动性能测试系统
技术领域
本发明涉及惯性器件的性能测试系统，尤其涉及一种惯性器件旋转振动性能测试系统。
背景技术
惯性器件是陀螺仪、加速度计和陀螺稳定平台等惯性测量装置的总称，依据惯性力或惯性力矩测量载体相对惯性空间的角速度或加速度。惯性器件是惯性导航系统中的核心器件，其性能直接影响惯性导航系统的性能，所以需在使用前对其进行相应应用条件下的性能测试。除测试惯性器件在旋转、温度、振动等单一扰动下的响应外，测试其在旋转、振动同时扰动下的响应——“旋转振动性能”因更符合实际应用环境，已列入许多项目的试验要求。
现有文献提到的测试惯性器件旋转振动性能的试验方法为：将“坚固”的速率台安装在振动台上，在施加绕某轴旋转扰动的同时施加与该轴平行或垂直方向的振动扰动。该方法存在的问题为：实际中速率台无法满足上文中的“坚固”要求，即实际中尚无可在振动台提供的振动环境中正常工作的速率台。所以上述方法不具备实际指导意义，而国内外尚无其他测试惯性器件旋转振动性能的方法、系统或试验成功案例公开，因此设计一种在工程中可以实现的测试惯性器件旋转振动性能的系统是解决现有问题的首要措施。
发明内容
针对许多项目提出的对惯性器件进行旋转振动性能测试的要求，同时国内外尚无可行的测试惯性器件旋转振动性能的方法或系统存在的现状，本发明的目的在于提供一种惯性器件旋转振动性能测试系统，以解决背景技术中提到的问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明包括由电机和电机控制器组成的转速、方向可控的旋转驱动系统；包括由振动台、振动控制仪和功率放大器组成的至少可沿一个水平方向振动且振动量级可控的振动实验系统。本发明还包括旋转振动工装和数据测试系统；其中：
1)旋转振动工装：包括转轴、轴承、振动台连接件、软轴、电机轴连接件和转接件；转轴安装在振动台连接件中轴承孔中，伸出振动台连接件一端的转轴通过转接件与待测惯性器件连接，伸出振动台连接件另一端的转轴与软轴的一端同轴紧固，软轴的另一端通过电机轴连接件与旋转驱动系统中的电机同轴紧固，振动台连接件安装在振动实验系统中的振动台上；
2)数据测试系统：包括数据测试盒、数据线、导电滑环和插座；待测惯性器件的数据线通过插座与数据线的一端连接，数据线的另一端嵌入转轴轴向凹槽后与装在电机轴上的导电滑环内环连接，导电滑环外环通过数据线与数据测试盒连接，插座与所述旋转振动工装中转接件固定。
所述的轴承内圈与外圈无间隙配合。
本发明具有的有益效果是：
(1)电机通过可传递一定转距且有一定柔度的软轴驱动转轴及待测惯性器件旋转，转轴与电机之间的振动位移由软轴吸收，使电机在非振动条件下工作，从而使整套系统在工程中可以实现。
(2)振动台通过内外圈间无间隙的轴承驱动转轴及待测惯性器件振动，轴承无间隙使其振动性能优异。
(3)待测惯性器件通过内环与其同步旋转外环静止的导电滑环将数据送入数据测试盒，待测惯性器件与数据测试盒之间的相对转动由导电滑环吸收，使数据测试系统中无数据线扭转。
(4)首次公开了一种测试惯性器件旋转振动性能的系统，利用该系统可测试各种惯性器件在绕其任一轴旋转并沿与该轴平行或垂直方向振动时的性能。经实验验证，该系统提供旋转速度可达0～10000°/s，旋转角度无限制，随机振动可达10～2000Hz范围内1g2/Hz，正弦扫描振动可达10～2000Hz范围内30g。目前尚无其他可实现相同目标的测试系统及方法。
附图说明
图1是测试某惯性器件绕X轴旋转在YZ平面内振动时性能的系统外形示意图。
图2是图1系统中安装在振动台上部分的截面图。
图3是图1系统中安装在电机上部分的截面图。
图4是测试某惯性器件绕X轴旋转在与X轴平行方向振动时性能的系统外形示意图。
图5是测试某惯性器件绕Y轴旋转在XZ平面内振动时性能的系统外形示意图。
图中：1、旋转驱动系统，2、振动实验系统，3、旋转振动工装，4、数据测试系统，11、电机，12、电机控制器，13、电机轴，14、电机外壳，21、振动台，22、振动控制仪，23、功率放大器，24、振动台振动方向，31、转轴，32、轴承，33、轴承紧固件，34、振动台连接件，35、软轴，36、电机轴连接件，37、转接件，41、数据测试盒，42、数据线，43、导电滑环，44、插座，45、导电滑环内环，46、导电滑环外环，51、待测惯性器件，52、待测惯性器件引出数据线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本发明的惯性器件旋转振动性能测试系统由旋转驱动系统1、振动实验系统2、旋转振动工装3和数据测试系统4组成。其中：
1)旋转驱动系统1主要由电机11和电机控制器12组成，通过电机控制器12可控制电机轴13满足待测惯性器件旋转振动性能测试要求中的转速和方向。电机11置于地面上或固定于专用支架上，以保持电机外壳14相对于地面的静止状态。选择合适的电机11以提供实验中所需的转动力矩、转速及转动方向。电机控制器12有时需与电脑相连以完成其对电机11的控制功能。
2)振动实验系统2主要由振动台21、振动控制仪22、功率放大器23组成。振动控制仪22与电脑相连，控制振动台21按照待测惯性器件旋转振动性能测试要求中的谱线进行振动。振动台21至少可沿一个水平方向振动。
3)旋转振动工装3主要由转轴31、轴承32、轴承紧固件33、振动台连接件34、软轴35、电机轴连接件36和转接件37组成。两边轴承32通过轴肩与转轴31固定，轴承紧固件33将轴承32与振动台连接件34压紧。软轴35一端与转轴31同轴紧固，另一端与电机轴连接件36紧固。转轴31要有足够刚性以承受与其固定的待测惯性器件51的重量；轴承32的选择需同时考虑旋转的灵活性与振动环境中的坚固性，选择内圈外圈无间隙的轴承以保证其在所需振动环境中工作时的优异性能；振动台连接件34需要足够坚固以满足在振动台21的振动环境中正常工作，同时重量受所选振动实验系统2的负载限制；软轴35的选取需满足驱动转轴31及待测惯性器件51按照所控转速旋转的转动力矩要求，同时需足够柔软以吸收振动台21相对于电机11的振动位移量；转接件37的设计需满足当待测惯性器件51不同方向轴与转轴31轴线重合时都可将两者固定。电机轴连接件36将软轴35与电机轴13固定，安装时需保证两者同轴。振动台连接件34与振动台21固定，设计时需满足装配完成的旋转振动工装3中转轴31轴线与振动台振动方向24平行或垂直时都可将振动台连接件34与振动台21固定。
4)数据测试系统4主要由数据测试盒41、数据线42、导电滑环43和插座44组成。插座44通过数据线42与导电滑环内环45相连，数据测试盒41通过数据线42与导电滑环外环46相连。插座44的设计主要考虑与待测惯性器件引出数据线52相连时的方便性，数据测试盒41完成测试待测惯性器件51的输出数据。导电滑环外环46与电机外壳14固定，导电滑环内环45与电机轴连接件36固定，插座44与转接件37固定以方便待测惯性器件51接线，将插座44和导电滑环43之间的数据线42嵌入软轴35轴向凹槽中以实现两者的同步旋转。
如图1所示，以测试某惯性器件绕X轴旋转在YZ平面内振动时的性能为例，介绍本发明的惯性器件旋转振动性能测试系统的使用方法如下：
(1)将待测惯性器件51通过转接件37与转轴31固定，保证待测惯性器件51的X轴与转轴31的轴线重合；
(2)将振动台连接件34与振动台21固定，使转轴31轴线与振动台振动方向24垂直；
(3)将待测惯性器件引出数据线52与插座44连接；
(4)开启旋转驱动系统1，控制电机轴13按照待测惯性器件旋转振动性能测试要求中转速及转动方向旋转；
(5)开启振动实验系统2，控制振动台21按照待测惯性器件旋转振动性能测试要求中的谱线进行振动；
(6)开启数据测试盒41，采集待测惯性器件51输出数据，测试其在此旋转振动环境下的性能。
如图4所示，是测试某惯性器件绕X轴旋转在与X轴平行方向振动时性能的系统外形示意图。在此情况下本发明的惯性器件旋转振动性能测试系统的使用方法与图1所示情况不同的是，将(2)中“将振动台连接件34与振动台21固定，使转轴31轴线与振动台振动方向24垂直”改为“将振动台连接件34与振动台21固定，使转轴31轴线与振动台振动方向24平行”。
如图5所示，是测试某惯性器件绕Y轴旋转在XZ平面内振动时性能的系统外形示意图。在此情况下本发明的惯性器件旋转振动性能测试系统的使用方法与图1所示情况不同的是，将(1)中“将待测惯性器件51通过转接件37与转轴31固定，保证待测惯性器件51的X轴与转轴31的轴线重合”改为“将待测惯性器件51通过转接件37与转轴31固定，保证待测惯性器件51的Y轴与转轴31的轴线重合”。
同理可知测试某惯性器件绕其任一轴旋转沿与该轴平行或垂直方向振动性能时本发明系统的使用方法。
工作时电机轴13驱动软轴35旋转，软轴35驱动与其固连的转轴31旋转，转轴31带动与其固定的待测惯性器件51旋转，旋转速度及方向由电机控制器12按照待测惯性器件旋转振动性能测试要求控制。经实验验证，通过合理选择软轴35的种类参数，同时合理选择旋转驱动系统1，本发明公开的惯性器件旋转振动性能测试系统提供的旋转速度可达0～10000°/s。此外，由于电机轴13通过可传递一定转距又有一定柔度的软轴35驱动转轴31旋转，转轴31与电机11之间的振动位移由软轴35吸收，电机外壳14相对于地面处于静止状态，避免了电机11工作在振动台21提供的振动环境中，从而使整套系统在工程中可以实现。
工作时振动台21驱使振动台连接件34振动，振动台连接件34带动与其紧固的内外圈之间无间隙的轴承32振动，轴承32带动与其紧固的转轴31振动，转轴31带动其固定的待测惯性器件51振动，振动量级由振动控制仪22按照待测惯性器件旋转振动性能测试要求中的谱线进行控制。内外圈无间隙的轴承32的使用使其振动性能提高，确保了振动传递结构的优异性能。经实验验证，通过使用上述无间隙轴承32，配合具有足够刚性的振动台连接件34和转轴31，同时合理选择振动实验系统2，本发明公开的惯性器件旋转振动性能测试系统提供的随机振动量级可达10～2000Hz范围内1g2/Hz，正弦扫描振动量级可达10～2000Hz范围内30g。
测试时，将待测惯性器件引出数据线52与数据测试系统中插座44相连，数据由随软轴35同步旋转的数据线42传到旋转的导电滑环内环45，进而通过电刷传到静止的导电滑环外环46，随后通过静止的数据线42被送入数据测试盒41，完成对待测惯性器件51的数据测试。由于待测惯性器件51通过内环与其同步旋转外环静止的导电滑环43将数据送入数据测试盒41，待测惯性器件51与数据测试盒41之间的相对转动由导电滑环43吸收，所以数据测试系统4中无数据线扭转，使本发明公开的惯性器件旋转振动性能测试系统提供的旋转扰动无角度限制。
安装待测惯性器件51时将其XYZ不同方向轴与转轴31轴线重合，即可施加绕待测惯性器件51不同方向轴的旋转扰动；安装旋转振动工装3时使转轴31轴线与振动台振动方向24平行或垂直，即可施加与旋转轴平行或垂直方向的振动扰动。
由此可见，本发明公开的惯性器件旋转振动性能测试系统可测试各种惯性器件在绕其任一轴旋转并沿与该轴平行或垂直方向振动时的性能。经实验验证，该系统提供旋转速度可达0～10000°/s，旋转角度无限制，随机振动可达10～2000Hz范围内1g2/Hz，正弦扫描振动可达10～2000Hz范围内30g。目前尚无其他可实现相同目标的测试系统及方法。

Claims (2)

1、一种惯性器件旋转振动性能测试系统，包括由电机(11)和电机控制器(12)组成的转速、方向可控的旋转驱动系统(1)；包括由振动台(21)、振动控制仪(22)和功率放大器(23)组成的至少可沿一个水平方向振动且振动量级可控的振动实验系统(2)。其特征在于：本发明还包括旋转振动工装(3)和数据测试系统(4)；其中：
1)旋转振动工装(3)：包括转轴(31)、轴承(32)、振动台连接件(34)、软轴(35)、电机轴连接件(36)和转接件(37)；转轴(31)安装在振动台连接件(34)中轴承(32)孔中，伸出振动台连接件(34)一端的转轴(31)通过转接件(37)与待测惯性器件(51)连接，伸出振动台连接件(34)另一端的转轴(31)与软轴(35)的一端同轴紧固，软轴(35)的另一端通过电机轴连接件(36)与旋转驱动系统(1)中的电机(11)同轴紧固，振动台连接件(34)安装在振动实验系统(2)中的振动台(21)上；
2)数据测试系统(4)：包括数据测试盒(41)、数据线(42)、导电滑环(43)和插座(44)；待测惯性器件(51)引出数据线(52)通过插座(44)与数据线(42)的一端连接，数据线(42)的另一端嵌入转轴(31)轴向凹槽后与装在电机轴(13)上的导电滑环内环(45)连接，导电滑环外环(46)通过数据线(42)与数据测试盒(41)连接，插座(44)与所述旋转振动工装(3)中转接件(37)固定。
2、根据权利要求1所述的一种惯性器件旋转振动性能测试系统，其特征在于：所述的轴承(32)内圈与外圈无间隙配合。
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