CN108254589A - 一种正阶跃重力加速度发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正阶跃重力加速度发生装置，包括基座，基座上有竖直向的下落通道，下落通道内有落锤，落锤与下落通道之间有间隙以使落锤能够在下落通道内自由落体，下落通道底部具有止挡部，止挡部为落锤自由落体的终点，落锤有用于安装被校准传感器的安装面；安装面外露于下落通道。本发明用正阶跃重力加速度信号对加速度传感器进行标定，而且每次标定所产生的正阶跃加速度信号都由重力产生，而重力产生的加速度大小恒定，能够对加速度传感器进行精确标定，同时设备简单，操作容易。

Description

一种正阶跃重力加速度发生装置

技术领域

本发明涉及加速度传感器测量校准领域，特别是一种正阶跃加速度发生装置。

背景技术

加速度传感器是一种重要的测量元件，在航天、军事、工业、汽车等领域都有者广泛的应用。加速度传感器在制造和使用过程中要对其进行校准。

中国专利201220747057.4号，披露了一种基于振动台的加速度传感器标定装置，包括振动台及一字型共振梁，所诉共振梁两端通过梁支架与基座固定连接，而其两端之间的一选定位置与振动台的工作面刚性连接，且所述共振梁与所述振动台工作台面的运动方向垂直，同时，所述共振梁上的选定位置上还设有加速度传感器安装位。这种装置的标定过程为：将一振动台的工作台面与一共振梁两端之间的一选定位置刚性连接，并将该共振梁两端与一底座固定连接，再将标准加速度传感器及待标定加速度传感器以堆叠方式固定在分布于所述共振梁的选定位置处的加速度传感器安装位上，而后使工作台面沿与共振梁垂直的方向振动，同时用检测设备接收和处理所述标准加速度传感器及待标定加速度传感器输出的信号，实现对待标定加速度传感器的标定。

这种脉冲法标定加速度传感器的装置的不足在于：需要振动台振动产生标准加速度信号，标准加速度信号本身存在误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在加速度传感器校准时，每次产生的加速度信号无误差的正阶跃重力加速度信号发生装置。

一种正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：包括基座，基座上有下落通道和落锤，落锤与下落通道之间有间隙，下落通道底部具有挡圈，挡圈为落锤自由落体的终点，落锤有安装孔，安装孔为螺孔；落锤包含锤体和锤体底部的延伸段，锤体和延伸段之间形成台阶，台阶与止挡部接触时自由落体结束；延伸段的外侧面设有止动平面，安装孔位于延伸段的底端面。延伸段的存在使得落锤的底部能够外露，在安装被校准传感器时，抵住止动平面而卡住落锤，方便在将被校准传感器旋入落锤的安装孔内时使落锤不转动。

线绳在竖直方向吊起落锤，线绳断开时落锤开始做自由落体直到终点，即线绳断开使落锤产生恒定的正阶跃加速度信号，该正阶跃加速度信号为重力加速度。通过被校准传感器输出的信号计算后获得被测传感器频谱等参数，实现校准。

试验发生地的重力加速度预先测得。或者，本装置包含激光测振仪，激光测振仪对准落锤，落锤的自由落体行程为5mm，保证重力加速度信号持续时间足够长，使激光测振仪能够监测落锤的下落时的加速度。

进一步，锤体顶部有供线绳穿过的穿线孔。

进一步，下落通道由空气轴承形成，空气轴承由轴承座安装于基座，止挡部位于空气轴承之下，止挡部为向内突出于空气轴承内圈的凸起。空气轴承使落锤与下落通道之间的间隙内形成气膜，从而使落锤在下落时无摩擦。

进一步，止挡部为沿空气轴承内圈均匀分布的至少两个凸起，或者，止挡部为凸环。落锤到达止挡部时，凸起托住锤体和延伸段之间的台阶，自由落体运动结束。

进一步，空气轴承之上设置防尘盖，防尘盖设有允许落锤的穿线孔露出的孔。防尘盖所在位置为下落通道的起点。

进一步，基座上设有线绳架和线绳，线绳用于在竖直方向吊起落锤。线绳始终保持在竖直方向吊起落锤。

进一步，线绳架包括支板和轮轴安装板，支板位于轮轴安装板和基座之间，轮轴安装板一端与支板固定、另一端悬空，轮轴安装板的悬空段设置线绳的引出孔，引出孔在竖直方向正对落锤的穿线孔。支板为落锤和线绳提供悬挂高度。支板垂直于支撑座，轮轴安装板垂直于支板，即轮轴安装板水平设置。线绳从引出孔引出后，将落锤挂起，线绳断开前，落锤的位置为自由落体行程的起点。

进一步，轮轴安装板上有线轮，第一导轮和第二导轮，线绳缠绕收纳于线轮，线轮轴与轮轴安装板可转动连接，线轮轴旁设置轮轴制动件。线绳从线轮拉出、依次绕过第一导轮和第二导轮，线绳依次张紧于第一导轮和第二导轮上，线绳经过第二导轮后呈竖直状态从过线孔通过。

轮轴安装板为内部中空的壳体，线轮、第一导轮和第二导轮安装于轮轴安装板内的腔体中，线轮轴由外露于轮轴安装板的线轮旋钮固定。

轮轴制动件包括偏心轴和旋钮，旋钮外露于轮轴安装板，偏心轴设置于线轮轴旁。旋钮与偏心轴一体。

本发明工作时，先将被测加速度传感器固定在落锤底端，再将线绳固定在落锤顶端，然后往空气轴承中通气，接着转动偏心轴松开线轮轴，转动线轮轴通过拉紧细线提起落锤，使落锤与防尘盖接触，转动偏心轴卡住线轮轴使线轮不在转动。最后使线绳断开，落锤和加速度传感器一起做自由落体运动，将加速度传感器的输出信号进行数据处理后可以得到被测传感器频谱等参数，从而进行校准。

本发明有益效果在于：用正阶跃重力加速度信号对加速度传感器进行标定，而且每次标定所产生的正阶跃加速度信号都由重力产生，而重力产生的加速度大小恒定（为一个重力加速度），能够对加速度传感器进行精确标定，同时设备简单，操作容易。

附图说明

图1是本发明的等轴测图。

图2是落锤模块的剖视示意图。

图3是控制模块示意图。

图4是偏心轴和线轮轴的示意图。

图5是落锤的示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，正阶跃重力加速度发生装置，包括基座21，基座21上设有由线绳悬挂的落锤2和容纳落锤2于其内并允许落锤2做自由落体运动的下落通道，线绳在竖直方向吊起落锤2，下落通道的终点处为挡圈3。落锤2包含锤体2A和锤体2A底部的延伸段2B，锤体2A与下落通道之间有间隙，延伸段2B伸入挡圈3内，被校准传感器固定在落锤的底端。

如图5落锤2的结构为：落锤2包含锤体2A和锤体2A之下的延伸段2B，锤体2A与下落通道形状适配，延伸段2B伸入挡圈3、延伸段2B的下端与挡圈3的下端齐平，安装孔设置于延伸段2B底面。锤体2A和延伸段2B呈两段式，锤体2A的尺寸大于延伸段2B的尺寸，从而使锤体2A和延伸段2B之间形成台阶。当台阶接触到挡圈时，落锤的自由落体结束。

延伸段2B的外侧面设有止动平面2C，延伸段2B底面设置被校准传感器的安装孔，锤体2A顶部设置线绳的悬挂部2D，悬挂部2D具有供线绳穿过的穿线孔2E。

线绳断开后，落锤2即在下落通道内做自由落体运动，直到落锤2被挡圈3托住。每次线绳断开都产生恒定的正阶跃加速度信号，该正阶跃加速度信号为一个重力加速度。对被校准传感器20输出的信号进行数据处理后可以得到被测传感器频谱等，即可实现校准。

试验地的重力加速度可以预先测得。或者本发明自带激光测振仪，激光测振仪22对准落锤，监测落锤2的下落时的加速度；落锤2自由落体的高度为5mm，保证重力加速度信号持续时间足够长。

下落通道的结构为：基座21上设有支撑座10，支撑座10上固定安装平板9，安装平板9水平；安装平板9上设通孔，通孔作为下落通道，挡圈3固定于通孔的底部。若使用激光测振仪测量落锤2自由落体时的加速度，则激光测振仪22对准通孔。下落通道、落锤的锤体、落锤的延伸段和挡圈均为圆柱形，延伸段的外圆柱面上切制有平面，该平面作为止动平面2C。在安装被校准传感器时，先滑动滑块6卡住落锤底部的止动平面，防止落锤旋转，然后将被校准传感器拧紧于安装孔内。

通孔内设置空气轴承1和轴承座4，轴承座4和空气轴承1水平设置；空气轴承1安装于轴承座4内，空气轴承1包含环形本体1A，环形本体1A上均匀分布有多个节流气孔1B。本实施例中，以四个节流气孔1B为例，但节流气孔1B的数量不限于四个。单个节流气孔1B沿径向贯穿环形本体1A，节流气孔1B的进气端与进气管道连通，进气管道外接气源，节流气孔1B的出气端位于环形本体1A的内壁，挡圈3位于空气轴承1之下；落锤2位于环形本体1A内做自由落体运动。

空气轴承1之上设置防尘盖5，防尘盖5上有仅允许落锤的穿线孔露出的孔。防尘盖的存在可以防止落锤被从下落通道内取出，同时可以作为自由落体行程的起点。

基座设有支板8和轮轴安装板7，轮轴安装板7一端与支板8固定、另一端悬空，线绳从轮轴安装板7悬空端引出与落锤2固定。支板8为落锤2和线绳提供悬挂空间。支板8垂直于支撑座10，轮轴安装板7垂直于支板8，即轮轴安装板7水平设置。线绳从轮轴安装板7的悬空端引出后，将落锤2挂起，线绳沿竖直方向。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例在轮轴安装板上增设置了线轮、第一导轮和第二导轮结构，其余结构与实施例1相同。

如图3所示，轮轴安装板7上有线轮，第一导轮和第二导轮，线绳缠绕收纳于线轮，线轮轴11与轮轴安装板7可转动连接，线轮轴11旁设置轮轴制动件。线绳从线轮拉出、依次绕过第一导轮和第二导轮，线绳依次张紧于第一导轮和第二导轮上，线绳经过第二导轮后呈竖直状态从过线孔通过。本实施例中，以第一导轮比第二导轮靠近线轮15，第一导轮低于第二导轮，第二导轮位于过线孔上方。第一导轮和第二导轮的位置只要能实现使线绳从线轮15引出后被张紧、且从过线孔沿竖直方向引出，线绳不接触过线孔的内壁的目的即可，第一导轮和第二导轮的位置关系不限于本实施例的举例。导轮和各自的导轮支轴之间设置轴承，使导轮能够自由转动。线绳缠绕于线轮中，随着线绳向外拉出，缠绕于线轮中的线绳直径逐渐变小，导轮的设置，使得线绳从线轮拉出后，线绳的位置不受线轮中线绳直径的影响。

轮轴安装板7为内部中空的壳体，线轮15、第一导轮和第二导轮安装于轮轴安装板7内的腔体中，线轮轴11由外露于轮轴安装板7的线轮旋钮固定。

如图4所示，轮轴制动件包括偏心轴和旋钮16，旋钮16外露于轮轴安装板7，偏心轴设置于线轮轴11旁。旋钮与偏心轴一体。线绳固定在落锤2上之后，旋钮16使偏心轴卡紧线轮轴11，线轮15被制动，线绳被张紧，落锤2沿竖直方向悬挂。要将线绳固定在落锤2上时，旋钮使偏心轴松开线轮轴11，线绳能够从线轮15上拉出。

本发明工作时，先将被测加速度传感器固定在落锤2底端，再将线绳固定在落锤2顶端，然后往空气轴承1中通气，接着转动偏心轴松开线轮轴11，转动线轮轴11通过拉紧细线提起落锤2，使落锤2与防尘盖5接触，转动偏心轴卡住线轮轴11使线轮不在转动。最后使线绳断开，落锤2和加速度传感器一起做自由落体运动，将加速度传感器的输出信号进行数据处理后可以得到被测传感器频谱等参数，从而进行校准。

本发明有益效果在于：用正阶跃重力加速度信号对加速度传感器进行标定，而且每次标定所产生的正阶跃加速度信号都由重力产生，而重力产生的加速度大小恒定（为一个重力加速度），能够对加速度传感器进行精确标定，同时设备简单，操作容易。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：包括基座，基座上有下落通道和落锤，落锤与下落通道之间有间隙，下落通道底部具有止挡部，止挡部为落锤自由落体的终点，落锤有安装孔，安装孔为螺孔；落锤包含锤体和锤体底部的延伸段，锤体和延伸段之间形成台阶，台阶与止挡部接触时自由落体结束；延伸段的外侧面设有止动平面，安装孔位于延伸段的底端面。

2.如权利要求1所述的正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：锤体顶部有供线绳穿过的穿线孔。

3.如权利要求1或2所述的正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：下落通道由空气轴承形成，空气轴承由轴承座安装于基座，止挡部位于空气轴承之下，止挡部为向内突出于空气轴承内圈的凸起。

4.如权利要求3所述的正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：止挡部为沿空气轴承内圈均匀分布的至少两个凸起，或者，止挡部为凸环。

5.如权利要求4所述的正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：空气轴承之上设置防尘盖，防尘盖设有允许落锤的穿线孔露出的孔。

6.如权利要求5所述的正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：基座上设有线绳架和线绳，线绳用于在竖直方向吊起落锤。

7.如权利要求6所述的正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：线绳架包括支板和轮轴安装板，支板位于轮轴安装板和基座之间，轮轴安装板一端与支板固定、另一端悬空，轮轴安装板的悬空段设置线绳的引出孔，引出孔在竖直方向正对落锤的穿线孔。

8.如权利要求7所述的正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：轮轴安装板上有线轮，第一导轮和第二导轮，线绳缠绕收纳于线轮，线轮轴与轮轴安装板可转动连接，线轮轴旁设置轮轴制动件。

9.如权利要求8所述的正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：轮轴安装板为内部中空的壳体，线轮、第一导轮和第二导轮安装于轮轴安装板内的腔体中，线轮轴由外露于轮轴安装板的线轮旋钮固定。

10.如权利要求9所述的正阶跃重力加速度发生装置，其特征在于：轮轴制动件包括偏心轴和旋钮，旋钮外露于轮轴安装板，偏心轴设置于线轮轴旁；旋钮与偏心轴一体。