具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本申请范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
图1A示出了本申请所适用的加速度传感器所在三维坐标系的示意图,图1B示出了本申请所适用的测量系统的框图;如图1A所示,三维坐标系包括X轴、Y轴、Z轴,向量G表示重力加速度的方向,F为加速度传感器受到的外力的方向,α表示重力加速度的方向与加速度传感器XY平面的夹角,β表示重力加速度在XY平面的投影与X轴的夹角,γ表示马达振动的方向与XY平面所成的夹角,δ表示马达振动的方向在XY平面的投影与X轴所成的夹角。
如图1B所示,测量系统包括主机11和从机12,主机11用于控制从机12的测量过程,将从机12返回的数据进行处理,显示测量结果,从机12用于采集马达在振动过程中的振动加速度,并将振动加速度的数据打包后发送给主机11,测试平台13可以为本申请提供一个可控的振动测量环境,从机12可以包括加速度传感器、蓝牙接口、陀螺仪、供电电源等模块。通过无线通信,由主机11控制整个测量过程,测量结果由主机11显示。从机12的体积很小,由于主机11与从机12之间没有线缆的连接,因此可保证在测量过程中不受非可控力的影响。加速度传感器输出的数据由主机11进行处理,可以消除重力和摩擦力的影响,极大提高了测量精度。
为对本申请进行进一步说明,提供下列实施例:
图2A示出了根据本发明示例性实施例一的马达振动加速度的测量方法的流程示意图,图2B示出了根据本发明示例性实施例一的第二振动加速度在XY平面的示意图;本实施例结合图1A和图1B进行示例性说明,被测马达10设置在图1B所示测试平台的基板131上,测试平台还包括面板132,基板131设置在面板132上,基板131上还设置有加速度传感器,加速度传感器设置在从机12中,如图2A所示,包括如下步骤:
步骤201,在被测马达与供电电源断开连接的情形下,确定基板与面板之间的动摩擦系数。
步骤202,控制被测马达与供电电源接通,使被测马达振动。
步骤203,通过加速度传感器周期性采集被测马达在加速度传感器所在的三维坐标系中沿着三个轴向的加速度值。
步骤204,根据三个轴向的加速度值确定测试平台的第一振动加速度。
步骤205,根据测试平台的有效质量、被测马达的质量、动摩擦系数、第一振动加速度确定被测马达的第二振动加速度。
上述步骤201中,在一实施例中,可以通过预先测量的方式确定基板与面板之间的动摩擦系数。
上述步骤202中,可以将基板131水平放置在面板132上,适当增大基板131与面板132的接触面积,以便于在马达振动过程中基板131和面板132基本保持平行,通过开关的方式控制被测马达与供电电源接通。
在上述步骤204中,在一实施例中,可通过如下第一方程组计算测试平台的第一振动加速度:
其中,ai表示测试平台在第Ti时刻的第一振动加速度,axi、ayi、azi表示加速度传感器在第Ti时刻采集的三个轴向中的加速度值,γi表示被测马达的振动方向与三维坐标系中的XY平面所成的夹角,δi表示被测马达的振动方向的投影在XY平面上与三维坐标系的X轴所成的夹角,g表示重力加速度,i为大于0的整数。
在上述步骤205中,在一实施例中,被测马达在三维坐标系中的XY方向的第二振动加速度通过如下公式计算得到:
MaV1+μMg=maG1,其中,aG1为马达在三维坐标系中的XY方向的第二振动加速度,aV1为三维坐标系中的XY方向的第一振动加速度,aV1为ax与ay的矢量和,M为测试平台的有效质量,μ为动摩擦系数,m为被测马达的质量;图2B为被测马达的加速度值在三维坐标系中的XY方向的第二振动加速度的示意图,其中,横轴为时间,单位为毫秒,纵轴为加速度,单位为米每二次方秒,通过该图可知,当被测马达被施加了周期性的外力时,被测马达会周期性振动,aG在随着时间的变化呈现周期性的变化。
被测马达在三维坐标系中的Z方向的第二振动加速度通过如下公式计算得到:
m(g+aG2)=M(g+aV2),其中,aG2为马达在三维坐标系中的Z方向的第二振动加速度,aV2为三维坐标系中的Z方向的第一振动加速度,也就是az。
由上述描述可知,本发明实施例由于根据测试平台的有效质量、被测马达的质量、动摩擦系数、第一振动加速度确定被测马达的第二振动加速度,因此可以对由重力和摩擦力引起的误差进行修正,大大提高了测量的精度。
图3示出了根据本发明示例性实施例二的马达振动加速度的测量方法的流程示意图;基板上还设置有陀螺仪,本实施例以被测马达与供电电源断开连接的情形下,如何通过第一初始夹角和第二初始夹角调整第一振动加速度为例进行示例性说明,本实施例结合上述图1A和图1B进行说明,如图3所示,包括如下步骤:
步骤301,确定被测马达在静止状态时重力加速度的方向与三维坐标系中的XY平面所成的第一初始夹角,重力加速度的方向投影在XY平面与三维坐标系的X轴所成的第二初始夹角。
步骤302,通过第一初始夹角、第二初始夹角以及陀螺仪采集到的偏向角调整第一振动加速度。
在一实施例中,步骤302可通过如下第二方程组调整测试平台的第一振动加速度:
其中,ai表示测试平台在第Ti时刻的第一振动加速度,axi、ayi、azi表示加速度传感器在第Ti时刻采集的三个轴向中的加速度值,γi表示被测马达的振动方向与三维坐标系中的XY平面所成的夹角,δi表示被测马达的振动方向的投影在XY平面上与三维坐标系的X轴所成的夹角,g表示重力加速度,i为大于0的整数,αi与βi由陀螺仪在第Ti时刻采集到的偏向角与第Ti-1时刻各自对应的夹角确定,T0时刻对应第一初始夹角和第二初始夹角。
在一实施例中,第一初始夹角和第二初始夹角通过如下第三方程组计算得到:
其中,ax0、ay0、az0表示加速度传感器在第T0时刻采集的三个轴向中的加速度值,g表示重力加速度。
本实施例中,通过确定被测马达在静止状态时重力加速度的方向与三维坐标系中的XY平面所成的第一初始夹角,重力加速度的方向投影在XY平面与三维坐标系的X轴所成的第二初始夹角,从而可以对加速度传感器的偏移量进行校准,通过第一初始夹角、第二初始夹角以及陀螺仪采集到的偏向角调整第一振动加速度,进而可以确保最终计算得到的第二振动加速度的精度。
图4示出了根据本发明示例性实施例三的马达振动加速度的测量方法的流程示意图;如图4所示,包括如下步骤:
步骤401,在被测马达与供电电源断开连接的情形下,控制面板处于倾斜状态,使基板匀速沿着面板滑下,记录基板在倾斜状态下与面板之间的倾斜角度。
步骤402,根据倾斜角度确定基板与光滑面板之间的动摩擦系数。
在一实施例中,可以通过倾斜面板132,使基板131沿着面板132匀速滑下,对基板进行受力分析,得出动摩擦系数:μ=tanθ,θ表示基板与面板之间的夹角,μ表示基板与面板之间的动摩擦系数。实际测量中,可以调节基板131的大小,使基板131能够在面板132上滑动。在一实施例中,可以在基板131与面板132之间的接触面上各加一层聚四氟乙烯薄膜(摩擦系数0.04),并减轻基板131的质量,从而尽量减小基板131与面板132之间的动摩擦系数。
本实施例中,由于整个测量系统考虑了被测马达在测量过程中受到的摩擦力的影响,因此可以极大地提高被测马达的振动加速度的测量精度。
为了更清楚的理解本申请的技术方案,以T0、T1、T2、T3时刻加速度传感器采集到的加速度值为例说明如何计算得到测量系统在三维坐标系中的XY方向的第二振动加速度,进而可通过上述图2A所示实施例得到马达在三维坐标系中的XY方向的第二振动加速度。
在T0时刻,马达的振动加速度为0,此时加速度传感器只受重力的作用,此时通过下述方程组可得到第一初始夹角α0和第二初始夹角β0:
假设在T1时刻,外力开始作用于被测马达,受外力矩影响,此时加速度传感器的坐标轴的偏向角发生变化,通过陀螺仪可以采集到偏向角(α1-α0)、(β1-β0),由此可得到α1、β1。通过下述方程组可计算得到a1、γ1、δ1:
在T2时刻,假设此时的角度为α2、β2、γ2、δ2,可得到如下方程组:
将已知量带入到上述方程组,可以计算出T2时刻的a2。
通过上述方式迭代,即可连续测量计算出各个时刻对应的第二振动加速度a3,a4,…,an。
图5示出了根据本发明的示例性实施例一的马达振动加速度的测量装置的结构示意图;如图5所示,马达振动加速度的测量装置包括:控制处理模块和测试平台,测试平台的结构描述可以参考上述实施例中关于测试平台的相关描述,在此不再详述;控制处理模块50可设置在图1A所示的主机11中,包括:
第一确定单元51,用于在被测马达与供电电源断开连接的情形下,确定基板与面板之间的动摩擦系数;
第一控制单元52,用于控制被测马达与供电电源接通,使被测马达振动;
加速度采集单元53,用于通过加速度传感器周期性采集被测马达在加速度传感器所在的三维坐标系中沿着三个轴向的加速度值;
第二确定单元54,用于根据加速度采集单元53采集的三个轴向的加速度值确定测试平台的第一振动加速度;
第三确定单元55,用于根据测试平台的质量、被测马达的质量、第一确定单元51确定的动摩擦系数、第二确定单元54确定的第一振动加速度确定被测马达的第二振动加速度。
图6示出了根据本发明的示例性实施例二的马达振动加速度的测量装置的结构示意图;如图6所示,在一实施例中,第二确定单元54可通过如下第一方程组计算测试平台的第一振动加速度:
其中,ai表示测试平台在第Ti时刻的第一振动加速度,axi、ayi、azi表示加速度传感器在第Ti时刻采集的三个轴向中的加速度值,γi表示被测马达的振动方向与三维坐标系中的XY平面所成的夹角,δi表示被测马达的振动方向的投影在XY平面上与三维坐标系的X轴所成的夹角,g表示重力加速度,i为大于0的整数。
在一实施例中,基板上还设置有陀螺仪,在被测马达与供电电源断开连接的情形下,控制处理模块50还可包括:
第四确定单元56,用于确定被测马达在静止状态时重力加速度的方向与三维坐标系中的XY平面所成的第一初始夹角,重力加速度的方向投影在XY平面与三维坐标系的X轴所成的第二初始夹角;
调整单元57,用于通过第四确定单元56确定的第一初始夹角、第二初始夹角以及陀螺仪周期性采集到的偏向角调整第一振动加速度。
在一实施例中,调整单元57可通过如下第二方程组调整测试平台的第一振动加速度:
其中,ai表示测试平台在第Ti时刻的第一振动加速度,axi、ayi、azi表示加速度传感器在第Ti时刻采集的三个轴向中的加速度值,γi表示被测马达的振动方向与三维坐标系中的XY平面所成的夹角,δi表示被测马达的振动方向的投影在XY平面上与三维坐标系的X轴所成的夹角,g表示重力加速度,i为大于0的整数,αi-1表示在第Ti-1时刻重力加速度的方向与三维坐标系的XY平面方向所成的夹角,βi-1表示在第Ti-1时刻重力加速度的方向与三维坐标系的XY平面的投影与X轴的夹角,αi-1与βi-1由陀螺仪在第Ti时刻采集到的偏向角与第Ti-1时刻各自对应的夹角确定,T0时刻对应第一初始夹角和第二初始夹角。
在一实施例中,第一初始夹角和第二初始夹角可通过如下第三方程组计算得到:
其中,ax0、ay0、az0表示加速度传感器在第T0时刻采集的三个轴向中的加速度值,g表示重力加速度。
图7示出了根据本发明的示例性实施例三的马达振动加速度的测量装置的结构示意图,第一确定单元51可包括:
计算子单元511,用于控制面板处于倾斜状态,使基板匀速沿着面板滑下,记录基板在倾斜状态下与面板之间的倾斜角度;
确定子单元512,用于根据计算子单元得到的倾斜角度确定基板与光滑面板之间的动摩擦系数。
在一实施例中,第二振动加速度可包括被测马达在三维坐标系中的XY方向的振动加速度和三维坐标系中的Z方向的振动加速度,第三确定单元55通过如下公式计算得到被测马达在三维坐标系中的XY方向的第二振动加速度:
MaV1+μMg=maG1,其中,aG1为马达在三维坐标系中的XY方向的第二振动加速度,aV1为三维坐标系中的XY方向的第一振动加速度,M为测试平台的有效质量,μ为动摩擦系数,m为被测马达的质量;
通过如下公式计算得到被测马达在三维坐标系中的Z方向的第二振动加速度:
m(g+aG2)=M(g+aV2),其中,aG2为马达在三维坐标系中的Z方向的第二振动加速度,aV2为三维坐标系中的Z方向的第一振动加速度。
关于上述实施例中的装置,其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述,此处将不做详细阐述说明。
通过上述实施例可知,本申请可以解决现有技术中马达的振动量测量不准确的问题,提高了马达振动测量的精度,此外,由于方案所适用的测量系统还具有结构简单、成本低、功耗小,测量灵活等优点。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请保护的范围之内。