CN112504658B - 基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统及测试方法 - Google Patents

基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统及测试方法 Download PDF

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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications

Abstract

本申请公开一种基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统及测试方法，该系统包括多普勒激光测距仪、电机、带滑槽的转盘、滑块小车、附加质量块；其中，所述滑块小车设置于滑槽内，所述滑槽位于转盘上，附加质量块安放于所述滑块小车上；多普勒激光测距仪放置于带滑槽的转盘旁，且能够测量转盘上物体的距离；该系统能够实现控制转速改变滑块小车离心力达到模拟外界载荷的功能，模拟主轴在复杂环境条件下的工作场景，测量出其在复杂环境动载荷下的轴心运动轨迹。测量方法具有结构简单，成本低廉，操作方便，可行性高、可操作变量多的优点；测量精度高、准确性好、反应灵敏能有效反应旋转轴在工作时的特征。该项发明对直升机的研究具有重要意义。

Description

基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统，是光学测量领域的扩展和延伸。
背景技术
直升机旋翼主轴由于加工精度、磨损、安装精度等原因会造成质量分布不均匀，质量分布不均匀的轴在旋转中会出现偏心运动，这种运动对直升机的危害极大，如何解决这一问题，一直是困扰直升机相关领域科学家的疑难杂症，针对此问题发明了基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统。目前针对轴心轨迹测试且能够投入使用的装置还比较匮乏。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种复杂环境下基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统，该测试系统精度高、准确性好、反应灵敏、信息采集处理速度快等特点，能够较为准确的反映旋转轴受到动载荷时所产生的偏心运动。
基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统，包括多普勒激光测距仪、电机、带滑槽的转盘、滑块小车、附加质量块；其中，
所述滑块小车设置于滑槽内，所述滑槽位于转盘上，所述附加质量块安放于所述滑块小车上；
所述多普勒激光测距仪放置于带滑槽的转盘旁，且能够测量转盘上物体的距离。
进一步的，所述带滑槽的转盘下方轴心位置为待测转轴，所述转轴安装于电机的输出轴上，驱动所述带滑槽的转盘转动。
进一步的，所述系统包括两台多普勒激光测距仪，两台多普勒激光测距仪放置在同一个水平面内，其与待测轴距离相同且两台多普勒激光测距仪中心与轴心的连线成90度夹角，保证初始时所发射的两束激光成90度夹角且穿过转轴轴心。
进一步的，所述电机通过改变转速快慢来间接控制滑块小车所受离心力大小。
更进一步的，所述带滑槽的转盘与转轴顶端相连接，其上表面有两条对称滑槽，所述滑槽底面布有滑轨供滑块小车在其中滑动，且槽壁等距离对称开孔以便插入固定销限制小车的活动范围。
更进一步的，所述滑块小车通过弹簧与转盘中心相连接，底面装有滑轮，所述滑块小车在滑槽中自由滑动来模拟转盘所受到的外界载荷，通过插入附加质量块改变载荷大小，附加质量块从小车顶部的孔插入并通过小车侧面的孔固定。
基于上述基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统，本申请还提供其测试方法，所述转轴在两台多普勒激光测距仪与轴构成的平面内以转轴初始位置轴心为原点，以其中一台多普勒激光测距仪射与轴心的连线为X轴，且命名该多普勒激光测距仪为横向多普勒激光测距仪，另一台多普勒激光测距仪与轴心的连线为Y轴建立直角坐标系，命名该多普勒激光测距仪为纵向多普勒激光测距仪；
转轴轴心的坐标(
Figure 735381DEST_PATH_IMAGE001
,
Figure 509214DEST_PATH_IMAGE002
)通过以下公式进行计算
Figure 936785DEST_PATH_IMAGE003
Figure 201544DEST_PATH_IMAGE004
式中
Figure 328638DEST_PATH_IMAGE005
为横向多普 勒激光测距仪所测点的横坐标，
Figure 210006DEST_PATH_IMAGE006
为纵向多普勒激光测距仪所测点的纵坐标，r表示转轴半 径，
Figure 80748DEST_PATH_IMAGE007
，其中L为多普勒激光测距仪到轴心的距离，
Figure 465593DEST_PATH_IMAGE008
为X向多普勒激光测距仪测 定的距离，
Figure 124107DEST_PATH_IMAGE009
其中
Figure 132252DEST_PATH_IMAGE010
为Y向多普勒激光测距仪测定的距离。
进一步的，通过插入附加质量块改变载荷大小，模拟转轴受到的大小不同的外界激励。
进一步的，通过改变电机输出大小不同的旋转速度改变小车的离心力，小车受离心力向外运动到滑槽两端接触弹簧，改变转速的瞬时，小车合力方向改变，向内或向外运动，不断改变运动状态使得转轴整体的质量重心发生改变，从而模拟转轴受到复杂变化的外界激励时产生的偏心运动。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
本发明所述的一种复杂环境下基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统，结构简单，成本低廉，操作方便，不需要宽阔的试验场地。能够模拟出转轴在不同动载荷、外界激励下做出的偏心运动并实时记录轴心运动轨迹。该测量装置具有精度高、准确性好、反应灵敏、信息采集处理速度快等特点，能够较为准确的反映转轴受到动载荷时所产生的偏心运动。
本发明所述轴心运动轨迹计算方法，紧密贴合物理规律符合现实，能极大的简化轴心轨迹测试系统，提高测试工作效率，简化测试所需要的步骤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其它附图。
图1是多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统示意图；
图2是滑块小车示意图；
图3是多普勒激光测距仪测量原理示意图；
图中，1-电机，2-待测转轴，3-带滑槽的转盘，4-滑槽，5-滑块小车，6-小车限位孔，7-弹簧，8-附加质量块，9-多普勒激光测距仪，10-附加质量块固定孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合说明书附图对本发明的实施方式做进一步地详细叙述。
针对旋转轴转动时，由于加工精度、磨损、安装等原因会造成偏心运动，这种运动对直升机的破坏性很强。目前针对轴心轨迹测试且能够投入使用的装置还比较匮乏，如何解决这一问题，一直是困扰直升机相关领域科学家的疑难杂症。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
如附图1至3所示，本实施例公开一种基于多普勒激光测距仪9的轴心轨迹测试系统，包括多普勒激光测距仪9、电机1、带滑槽的转盘3、滑块小车5、附加质量块8；其中，所述滑块小车5设置于滑槽4内，所述滑槽4位于转盘上，所述附加质量块8安放于所述滑块小车5上；
所述多普勒激光测距仪9放置于带滑槽的转盘3旁，且能够测量转盘上物体的距离。
进一步的，所述带滑槽的转盘3下方轴心位置为待测转轴2，所述转轴2安装于电机1的输出轴上，驱动所述带滑槽4的转盘3转动。
本实施例中，所述系统包括两台多普勒激光测距仪9，两台多普勒激光测距仪9放置在同一个水平面内，其与待测轴距离相同且两台多普勒激光测距仪9中心与轴心的连线成90度夹角，保证初始时所发射的两束激光成90度夹角且穿过转轴2轴心。
进一步的，所述电机1通过改变转速快慢来间接控制滑块小车5所受离心力大小。
更进一步的，所述带滑槽的转盘3与转轴2顶端相连接，其上表面有两条对称滑槽4，所述滑槽4底面布有滑轨供滑块小车5在其中滑动，且槽壁等距离对称开孔以便插入固定销限制小车的活动范围。
更进一步的，所述滑块小车5通过弹簧7与转盘中心相连接，底面装有滑轮可在滑槽4中自由滑动来模拟转盘所受到的外界载荷，可以通过插入附加质量块8改变载荷大小，附加质量块8从小车顶部的孔插入并通过小车侧面的孔固定。
本实施例所提供的基于多普勒激光测距仪9的轴心轨迹测试系统具有结构简单，成本低廉，操作方便，可行性高、可操作变量多、信息采集处理速度快等优点。能够模拟出转轴2在受到外界激励时的运动方式，对研究外部激励和主轴运动方式之间的规律有重大意义。以上测量均采用多普勒激光测距仪9进行测量，该装置具有精度高、准确性好、反应灵敏等特点，能够较为准确的测量转轴2的相对位置。对直升机研究具有重大意义。
实施例2
基于上述基于多普勒激光测距仪9的轴心轨迹测试系统，本申请还提供其测试方法，所述转轴2在两台多普勒激光测距仪9与轴构成的平面内以转轴2初始位置轴心为原点，以其中一台多普勒激光测距仪9射与轴心的连线为X轴，且命名该多普勒激光测距仪9为横向多普勒激光测距仪9，另一台多普勒激光测距仪9与轴心的连线为Y轴建立直角坐标系，命名该多普勒激光测距仪9为纵向多普勒激光测距仪9；
转轴2轴心的坐标(
Figure 308150DEST_PATH_IMAGE001
,
Figure 78660DEST_PATH_IMAGE002
)通过以下公式进行计算
Figure 299555DEST_PATH_IMAGE003
Figure 296461DEST_PATH_IMAGE011
式中
Figure 899218DEST_PATH_IMAGE005
为横向多普 勒激光测距仪9所测点的横坐标，
Figure 868442DEST_PATH_IMAGE006
为纵向多普勒激光测距仪9所测点的纵坐标，r表示转轴 2半径，
Figure 868760DEST_PATH_IMAGE007
，其中L为多普勒激光测距仪9到轴心的距离，
Figure 179393DEST_PATH_IMAGE008
为X向多普勒激光测距 仪9测定的距离，
Figure 556148DEST_PATH_IMAGE009
其中
Figure 645457DEST_PATH_IMAGE010
为Y向多普勒激光测距仪9测定的距离。
进一步的，通过插入附加质量块8改变载荷大小，模拟转轴2受到的大小不同的外界激励。
进一步的，通过改变电机1输出大小不同的旋转速度改变小车的离心力，小车受离心力向外运动到滑槽4两端接触弹簧7，改变转速的瞬时，小车合力方向改变，向内或向外运动，不断改变运动状态使得转轴2整体的质量重心发生改变，从而模拟转轴2受到复杂变化的外界激励时产生的偏心运动。
实验前按照图1所示方式连接好实验装置，保证电机1，待测转轴2，带滑槽的转盘3三者连接稳固且中轴线在同一条垂线上，按照图3所示调整好多普勒激光测距仪9位置，使两台多普勒激光测距仪9放置在同一个水平面内，其与待测轴距离相同长度皆为L，且两台多普勒激光测距仪9中心与轴心的连线成90度夹角，保证初始时所发射的两束激光成90度夹角且穿过转轴2轴心。根据实验需要将附加质量块8通过附加质量块固定孔10固定到滑块小车5上，之后使用弹簧7将滑块小车5与带滑槽的转盘3相连接，最后根据实验要求将固定销插入小车限位孔6调整小车活动范围。
实验中根据需求记录多普勒激光测距仪9返回的数据记为L1、L2，根据时时数据最后带入公式进行计算，即可得到轴心运动轨迹。
本发明所述轴心运动轨迹计算公式，紧密贴合物理规律符合现实，能极大的简化轴心轨迹测试系统，提高测试工作效率，简化测试所需要的步骤。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统，其特征在于：包括多普勒激光测距仪、电机、带滑槽的转盘、滑块小车、附加质量块；其中，
所述滑块小车设置于滑槽内，所述滑槽位于转盘上，所述附加质量块安放于所述滑块小车上；
所述多普勒激光测距仪放置于带滑槽的转盘旁，且能够测量转盘上物体的距离；
所述带滑槽的转盘下方轴心位置为待测转轴，所述转轴安装于电机的输出轴上，驱动所述带滑槽的转盘转动；
所述系统包括两台多普勒激光测距仪，两台多普勒激光测距仪放置在同一个水平面内，其与待测轴距离相同且两台多普勒激光测距仪中心与轴心的连线成90度夹角，保证初始时所发射的两束激光成90度夹角且穿过转轴轴心；
所述带滑槽的转盘与转轴顶端相连接，其上表面有两条对称滑槽，所述滑槽底面布有滑轨供滑块小车在其中滑动，且槽壁等距离对称开孔，以便插入固定销限制小车的活动范围；
所述滑块小车通过弹簧与转盘中心相连接，底面装有滑轮，所述滑块小车在滑槽中自由滑动来模拟转盘所受到的外界载荷，通过插入附加质量块改变载荷大小，附加质量块从小车顶部的孔插入并通过小车侧面的孔固定。
2.根据权利要求1所述的基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统，其特征在于：所述电机通过改变转速来间接控制滑块小车所受离心力大小。
3.根据权利要求1所述的基于多普勒激光测距仪的轴心轨迹测试系统的测试方法，其特征在于：所述转轴在两台多普勒激光测距仪与轴构成的平面内以转轴初始位置轴心为原点，以其中一台多普勒激光测距仪射与轴心的连线为X轴，且命名该多普勒激光测距仪为横向多普勒激光测距仪，另一台多普勒激光测距仪与轴心的连线为Y轴建立直角坐标系，命名该多普勒激光测距仪为纵向多普勒激光测距仪；
转轴轴心的坐标(
Figure 340154DEST_PATH_IMAGE001
,
Figure 618557DEST_PATH_IMAGE002
)通过以下公式进行计算
Figure 796729DEST_PATH_IMAGE003
Figure 121269DEST_PATH_IMAGE004
式中
Figure 613561DEST_PATH_IMAGE005
为横向多普勒激 光测距仪所测点的横坐标，
Figure 74367DEST_PATH_IMAGE006
为纵向多普勒激光测距仪所测点的纵坐标，r表示转轴半径，
Figure 751336DEST_PATH_IMAGE007
，其中L为多普勒激光测距仪到轴心的距离，
Figure 533479DEST_PATH_IMAGE008
为X向多普勒激光测距仪测定 的距离，
Figure 68277DEST_PATH_IMAGE009
其中
Figure 744109DEST_PATH_IMAGE010
为Y向多普勒激光测距仪测定的距离。
4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于：通过插入附加质量块改变载荷大小，模拟转轴受到的大小不同的外界激励。
5.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于：通过改变电机输出大小不同的旋转速度改变小车的离心力，小车受离心力向外运动到滑槽两端接触弹簧，改变转速的瞬时，小车合力方向改变，向内或向外运动，不断改变运动状态使得转轴整体的质量重心发生改变，从而模拟转轴受到复杂变化的外界激励时产生的偏心运动。
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