CN114061618A - 一种光纤陀螺批量测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光纤陀螺批量测试装置，包括工作台面组件、数据采集盒、延伸隔热轴组件、电机、滑环组件、圆光栅组件、底座组件；底座组件固定设置；滑环组件设置于底座组件内；电机设置于底座组件内且驱动延伸隔热轴组件；延伸隔热轴组件包括转轴和隔热轴，转轴与工作台面组件固定连接，隔热轴上端与转轴固定连接且下端与滑环组件连接；工作台面组件包括固定安装板，若干被测光纤陀螺中心对称的设置于固定安装板上，且每一组中心对称的被测光纤陀螺分别设置在固定安装板上底面和下底面；数据采集盒与被测光纤陀螺电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学元器件测试技术，特别是一种光纤陀螺批量测试装置。
背景技术
光纤陀螺即光纤角速度传感器，是一种用于惯性导航的光纤传感器。光纤陀螺具有无机械活动部件、无预热时间、不敏感加速度、动态范围宽、数字输出和体积小等优点。而且，光纤陀螺还克服了环形激光陀螺成本高和闭锁现象等致命缺点，具有广泛的发展前途和应用前景。在现有的光纤陀螺的测试过程中，均是对单个光纤陀螺进行测试，例如专利号为201210043871.2、201921472268.X等专利。因此现有技术存在耗时的缺陷，也不能满足规模化生产的需要。
发明内容
本发明的目的在于客服以上技术问题而提供一种光纤陀螺批量测试装置，包括工作台面组件、数据采集盒、延伸隔热轴组件、电机、滑环组件、圆光栅组件、底座组件；底座组件固定设置；滑环组件设置于底座组件内；电机设置于底座组件内且驱动延伸隔热轴组件；延伸隔热轴组件包括转轴和隔热轴，转轴与工作台面组件固定连接，隔热轴上端与转轴固定连接且下端与滑环组件连接；工作台面组件包括固定安装板，若干被测光纤陀螺中心对称的设置于固定安装板上，且每一组中心对称的被测光纤陀螺分别设置在固定安装板上底面和下底面；数据采集盒与被测光纤陀螺电连接。
进一步的，工作台面组件包括若干层台面，相邻层台面之间通过支撑杆连接，每一层台面上设置固定安装板。
进一步的，每一层台面上设置工装夹具，工装夹具包括固定安装板、压紧挡块、压条；固定安装板上设置安装槽，被测光纤陀螺设置于安装槽内，压紧挡块固定于固定安装板上下底面上，压条两端固定于压紧挡块上且压条还位于被测光纤陀螺上方/下方。
进一步的，每一层台面上设置与数据采集盒电连接的连接插座。
进一步的，压紧挡块成片状结构，若干压紧挡块组合成不同高度的凸台。
进一步的，延伸隔热组件还包括呈筒状的延伸轴，延伸轴上底面与工作台面组件接触，转轴和隔热轴位于延伸轴内且与延伸轴转动连接。
进一步的，还包括固定调平组件，固定调平组件包括调平垫块和地脚螺栓；调平垫块包括滑块、垫块底座、调整螺杆；垫块底座设置于地面上，垫块底座上底面呈斜面；滑块设置于垫块底座上底面，底座组件放置于滑块(上，滑块(下底面呈与垫块底座上底面斜面匹配的斜面；垫块底座侧壁上固定设置螺母，调整螺杆与螺母螺纹配合，调整螺杆一端还与滑块侧壁轴承连接。
本发明与现有技术相比，具有以下技术优点：(1)可以同时批量对光纤陀螺进行检测；(2)可以同时对不同型号的光纤陀螺进行检测；(3)消除光纤陀螺在旋转过程中存在的向心力，使得检测更为准确。
下面接和说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为工作台面组件结构示意图。
图3为固定安装板结构示意图。
图4为被测光纤陀螺与固定安装板组合结构示意图。
图5为本发明剖面结构示意图。
图6为滑环组件结构示意图。
图7为固定条屏组件结构示意图。
图8为本发明控制模块示意图。
图9为本发明控制系统原理框图。
图10为本发明带有前馈控制的系统框图。
其中：工作台面组件100，第一层台面101，第二层台面102，支撑杆103，工装夹具104，固定安装板1041，安装槽1042，压紧挡块1043，压条1044，连接插座105，数据采集盒200，延伸隔热轴组件300，延伸轴301，转轴302，转接插座303，隔热轴304，电机400，滑环组件500，导电滑环左轴承503，导电滑环转子504，导电滑环定子505，导电滑环右轴承506，电刷组件509，环片510，电刷组件螺钉511，转子固定板512，定子凹槽513，定子固定板514，圆光栅组件600，圆光栅定子601，圆光栅转子602，定子螺钉607，转子螺钉608，底座组件700，底座壳体701，通槽702，台体插座703，固定调平组件800，调平垫块801，滑块8011，垫块底座8012，调整螺杆8013，被测光纤陀螺900。
具体实施方式
结合图1，一种光纤陀螺批量测试装置，包括工作台面组件100、数据采集盒200、延伸隔热轴组件300、电机400、滑环组件500、圆光栅组件600，底座组件700。其中底座组件700固定设置，滑环组件500设置于底座组件700内；电机400设置于底座组件700内且驱动延伸隔热轴组件300；延伸隔热轴组件300一端与工作台面组件100固定连接且与滑环组件500连接；若干被测光纤陀螺900设置于工作台面组件100上，数据采集盒200与被测光纤陀螺900电连接。
结合图2，工作台面组件100包括若干层台面，用于承载被测光纤陀螺900，每层台面之间通过支撑杆103连接，本实施例中工作台面组件100包括两层台面，即第一层台面101和第二层台面102。每一层台面上设置工装夹具104，用于安装被测光纤陀螺900。在工装夹具104周边的工作台面上设置若干连接插座105，连接插座105分别与被测光纤陀螺900和数据采集盒200电连接，用于将被测光纤陀螺900获取的数据传输至数据采集和200中，数据采集盒200设置于台面下底面。
结合图2、图3，工装夹具104包括固定安装板1041、压紧挡块1043、压条1044。固定安装板1041设置于相应台面上底面，固定安装板1041上根据光纤陀螺的外形设计有安装槽1042，为了批量测试光纤陀螺，安装槽1042设置若干，本实施例中第一层台面101上设置16个被测光纤陀螺900，第二层台面102上设置24个被测光纤陀螺。为了区分每一光纤陀螺的数据，安装槽1042分区域进行划分，例如固定安装板1041划分为4个区域第二层台面102的安装槽102被划分为4个区域，每一区域中的安装槽1042划分编号，划分编号的目的在于判断每一被测光纤陀螺是否满足工作标准。
在高转速下，被测光纤陀螺900会受到相应轴向向心力的作用，从而带来测量误差，因此将被测光纤陀螺900设计成中心对称差分补偿结构。如图4所示，以一组被测光纤陀螺900为例，该组被测光纤陀螺包含两个被测光纤陀螺900，且一个设置于固定安装板1041上底面，且另一个设置于固定安装板1041的下底面。在旋转过程中，由于对称设置的两个被测光纤陀螺仪900的向心力方向相反且大小相同，可以抵消。
结合图2，压紧挡块1043固定于固定安装板1041的台面上，本实施例中，压紧挡块1043设置于固定安装板1041相对的两侧。压紧挡块1043成片状结构，其上设置若干螺纹通孔。为了适应不同被测光纤陀螺900的厚度，若干压紧挡块1043可以组合成不同高度的凸台。
结合图2，压条1044两端设置在压紧挡块1043上，可以通过螺纹方式进行连接，压条1044设置在被测光纤陀螺的上方，防止被测光纤陀螺900在工作台面组件100的旋转过程中脱离固定安装板1041。为避免对被测光纤陀螺900的损坏，压条1044在压紧面上设置有聚四氟乙烯条。
被测光纤陀螺900安装于工作台面组件100的过程为：将被测光纤陀螺900放置于固定安装板1041的安装槽1042内；将压紧挡块1043调整至适合高度；将压条1044放置于陀螺上表面，通过两端固定螺钉与压紧挡块1043固定连接；将被测光纤陀螺900电连接插头与台面连接插座105连接。
结合图5，延伸隔热轴组件300包括延伸轴301、转轴302、隔热轴304。延伸轴301顶部与工作台面组件100下端台面下底面接触。延伸轴301沿轴线设置通孔，内部设置转轴302，延伸轴301对转轴302起到保护作用。延伸轴301壁面上设置若干插座通孔。转轴302上底面与工作台面组件100下端台面下底面轴承连接，传递工作台面组件100旋转的动力。转轴302侧壁上部设置转接插座303，转接插座303从插座通孔处露出，数据采集盒200的数据线与转接插座303电连接。隔热轴304固定连接于转轴302外壁下端，以减少台体与试验箱体的温度传递，保证试验箱内部的温度变化不至于影响到轴系精度。转轴302、隔热轴303与滑环组件500连接。
结合图6，滑环组件500包括导电滑环转子504、导电滑环定子505、电刷组件509和环片510。导电滑环定子505与转轴302底部固定连接。在导电滑环转子504和导电滑环定子505之间套有导电滑环左轴承503和导电滑环右轴承506，使得套在导电滑环定子505中的导电滑环转子504能相对于导电滑环定子505进行转动。环片510若干且均匀排列在导电滑环转子504的外侧壁上；环片510表面上加工“V”型槽。带电刷丝的电刷组件509通过电刷组件螺钉511安装在导电滑环定子505的外侧壁上，电刷组件509中的电刷丝与环片510滑动接触。导电滑环转子504左侧设置转子固定板512；在导电滑环定子505左端的定子固定板514中间设有定子凹槽513。
结合图6，圆光栅组件600包括圆光栅定子601、圆光栅转子602。平板状的圆光栅转子602通过转子螺钉608安装在导电滑环转子504左端的转子翼板512上，使得圆光栅转子602与导电滑环转子504固定在一起，圆光栅转子602能与导电滑环转子504一起转动；平板状的圆光栅定子601嵌入到定子凹槽513中，并通过定子螺钉607安装在导电滑环定子505的定子固定板514上，使得圆光栅定子601与导电滑环定子505固定在一起。圆光栅定子501的激磁信号线与导电滑环定子505上的电刷组件509的定子引线相连接，圆光栅转子602的激磁信号线与导电滑环转子504上的环片510的转子引线相连接。
结合图5，底座组件700包括底座壳体，壳体沿轴线设置放置滑环组件500的通槽，沿通槽轴向设置三个空腔。最上面的空腔中设置高精度角接触球轴承，实现滑环组件500与底座组件700内壁的连接；中间空腔中设置电机，电机400驱动延伸隔热轴组件300中的隔热轴304转动；下部空腔中设置圆光栅组件600，下部空腔中设置高精度角接触球轴承，实现滑环组件500与底座组件700内壁的连接。底座壳体701外壁上设置台体插座703，台体插座703与圆光栅组件600电连接。
结合图7，固定调平组件800包括调平垫块801和地脚螺栓802。调平垫块801包括滑块8011、垫块底座8012、调整螺杆8013。垫块底座8012设置于地面上，垫块底座8012上底面呈斜面。滑块8011设置于垫块底座8012上底面，底座壳体放置于滑块8011上，滑块8011下底面呈与垫块底座8012上底面斜面匹配的斜面。垫块底座8012侧壁上固定设置螺母，调整螺杆8013与螺母螺纹配合，调整螺杆8013一端还与滑块8012侧壁轴承连接。旋转调整螺杆8013，在螺母的配合下带动滑块8011在垫块底座8012的斜面滑动，由于是斜面，可以实现滑块8011在竖直方向高度的变化，进而实现测试装置整体的高度变化。地脚螺栓802一端固定于垫块底座8012上，另一端固定于地面。
结合图8，工作台面组件100的控制基于误差控制理论，即控制系统的规划给定指令值与测角系统反馈值作差，该误差经过PID等一系列算法产生电压值，D/A转换成模拟量作为电机驱动器的输入，经驱动器功率放大后驱动电机运转，误差为正值时电机正转，反之则反转，直到误差为零。另通过接口系统与其他系统进行数据交互和控制。工作台面组件100控制采用三环控制结构，即电流环、速率环和位置环，框图如图9所示。电流环在功率放大器内部实现，速率PI、位置PID都由控制软件实现。电流环由电流反馈、电流控制器、线型功放构成，引入了电流负反馈，使控制电机的电压与电机的力矩成正比，控制电压可直接对加速度进行控制，提高了系统的动态抗干扰能力，同时防止功率转换电路和电机过流。速度环输入变量为速度指令和经由“位置传感器”计算的实际转速的差值，该偏差经过速度PI控制器调节，其输出作为转矩电流指令的原始值。引入速率环可以增大系统的阻尼，提高整个系统的开环增益，使位置环具有较高的伺服刚度和较好的动态性能。位置环输入变量为位置规划指令和实际位置的差值，该偏差经过位置校正算法调节，其输出作为速度指令的原始值。位置环是系统的主反馈环，它用于保证系统的精度。
伺服控制系统既要有良好的跟踪性，又要有较强的抗扰性；既要有良好的静态特性、较高的稳态精度，又要有满意的动态过渡过程，对控制系统而言，其中最关键的一步就是控制方法的设计。控制方法设计的好坏关系到整个控制系统性能的优劣，其要求：实时性高、通用性强、具有一定的智能、在满足性能指标的前提下尽可能简单。在本工作台面组件100制系统中，采用复合控制方法，即在经典PID的基础上引入前馈控制方法来改善系统动态品质，提高响应速度和跟踪指令能力，拓展系统带宽；引入变增益策略来补偿机械死区和摩擦对定位精度的影响；引入重复控制方法来补偿电机波动力矩对速率平稳度的影响，如图10所示。
前馈控制是在闭环控制系统中增加一个开环控制通道，用以提供输入信号的导数(如一阶导数、二阶导数等)，构成前馈控制和反馈控制相结合的系统。理论上证明:增加前馈控制通道，不会影响原系统稳定性，但却可以在不增大开环增益情况下，通过提高系统无静差度来提高系统的稳态精度。
如图10所示，其中A(s)是控制器，G(s)是被控对象，输入R(s)直接通过Gf(s)作用于控制对象，Gf(s)部分称为前馈。前馈按输入进行控制，使得偏差E(s)不受输入的影响，保持在零。
若不加前馈：
加上前馈：
若希望加上前馈后，误差仍保持为零，即：
要使上式成立，必须：
所以，当前馈的传递函数Gf(s)为后续环节传递函数的倒数时，可实现全补偿，使系统的跟踪误差为零。然而，在实际工程中，由于后续环节总的传递函数具有比较复杂的形式，如G(s)为三阶系统，则要满足
就要使Gf(s)中含有输入信号的三阶微分，在实际实现起来比较困难。所以在绝大多数情况下，不要求实现全补偿，只要通过部分补偿将系统的误差减少至允许范围之内便可。这种复合控制策略，结构简单，技术成熟可靠，应用普遍，能够很好地保证伺服系统的位置精度、跟踪精度和控制平稳性。
Claims (7)
1.一种光纤陀螺批量测试装置，其特征在于，包括工作台面组件(100)、数据采集盒(200)、延伸隔热轴组件(300)、电机(400)、滑环组件(500)、圆光栅组件(600)、底座组件(700)；其中
底座组件(700)固定设置；
滑环组件(500)设置于底座组件(700)内；
电机(400)设置于底座组件(700)内且驱动延伸隔热轴组件(300)；
延伸隔热轴组件(300)包括转轴(302)和隔热轴(304)，
转轴(302)与工作台面组件(100)固定连接，
隔热轴(304)上端与转轴(302)固定连接且下端与滑环组件(500)连接；
工作台面组件(100)包括固定安装板(1041)，
若干被测光纤陀螺(900)中心对称的设置于固定安装板(1041)上，且
每一组中心对称的被测光纤陀螺(900)分别设置在固定安装板(1041)上底面和下底面；
数据采集盒(200)与被测光纤陀螺(900)电连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，工作台面组件(100)包括若干层台面，相邻层台面之间通过支撑杆(103)连接，每一层台面上设置固定安装板(1041)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每一层台面上设置工装夹具(104)，工装夹具(104)包括固定安装板(1041)、压紧挡块(1043)、压条(1044)；其中
固定安装板(1041)上设置安装槽(1042)，被测光纤陀螺(900)设置于安装槽(1042)内，
压紧挡块(1043)固定于固定安装板(1041)上下底面上，
压条(1044)两端固定于压紧挡块(1043)上且压条(1044)还位于被测光纤陀螺(900)上方/下方。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，每一层台面上设置与数据采集盒(200)电连接的连接插座。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，压紧挡块(1043)成片状结构，若干压紧挡块(1043)组合成不同高度的凸台。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，延伸隔热组件(300)还包括呈筒状的延伸轴(301)，延伸轴(301)上底面与工作台面组件(100)接触，转轴(302)和隔热轴(304)位于延伸轴(301)内且与延伸轴(301)转动连接。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括固定调平组件(800)，固定调平组件(800)包括调平垫块(801)和地脚螺栓(802)；调平垫块(801)包括滑块(8011)、垫块底座(8012)、调整螺杆(8013)；
垫块底座(8012)设置于地面上，垫块底座(8012)上底面呈斜面；
滑块(8011)设置于垫块底座(8012)上底面，
底座组件(700)放置于滑块(8011上，滑块(8011下底面呈与垫块底座(8012)上底面斜面匹配的斜面；
垫块底座(8012)侧壁上固定设置螺母，
调整螺杆(8013)与螺母螺纹配合，
调整螺杆(8013)一端还与滑块(8012)侧壁轴承连接。
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| CN116539034A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-08-04 | 北京永乐华航精密仪器仪表有限公司 | 一种惯性组合测量装置 |
| CN116539034B (zh) * | 2023-07-07 | 2023-09-05 | 北京永乐华航精密仪器仪表有限公司 | 一种惯性组合测量装置 |
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