CN114563129A - 一种转动惯量测量仪器的标定方法 - Google Patents

一种转动惯量测量仪器的标定方法 Download PDF

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CN114563129A CN202210213983.1A CN202210213983A CN114563129A CN 114563129 A CN114563129 A CN 114563129A CN 202210213983 A CN202210213983 A CN 202210213983A CN 114563129 A CN114563129 A CN 114563129A
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Abstract

本发明的实施例提供了一种转动惯量测量仪器的标定方法，涉及仪器标定领域。首先将夹持工装安装于转动惯量仪器的测量工位，并扭转所述夹持工装至预设角度，然后释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第一摆动周期数据，下一步将标准体固定安装于所述夹持工装，并扭转所述夹持工装至预设角度，再次释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第二摆动周期数据，最后根据单标准体扭转系数公式计算得到扭转系数，其能有效提高对转动惯量仪器的标定效果。

Description

一种转动惯量测量仪器的标定方法
技术领域
本发明涉及仪器标定领域，具体而言，涉及一种转动惯量测量仪器的标定方法。
背景技术
实验仪器在检测过程中非常重要，为了保证实验仪器测量得到的数据准确性，需要对实验仪器的参数进行标定，从而使得测量的数据更为准确。
现有技术中，针对转动惯量测量仪器的标定效果不好。
发明内容
本发明提供了一种转动惯量测量仪器的标定方法，其能够提高对转动惯量仪器的标定效果。
本发明的实施例可以这样实现：
本发明的实施例提供了一种转动惯量测量仪器的标定方法，其步骤包括：
S1:将夹持工装安装于转动惯量仪器的测量工位，并扭转所述夹持工装至预设角度；
S2:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第一摆动周期数据；
S3:将标准体固定安装于所述夹持工装，并扭转所述夹持工装至预设角度；
S4:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第二摆动周期数据；
S5:根据单标准体扭转系数公式计算得到扭转系数；
所述单标准体扭转系数公式为：A＝J**/(Tb 2-T0 2)，其中，A为所述转动惯量测量仪器的扭转系数，J**为标准体转动惯量理论值，Tb为第二摆动周期数据，T0为第一摆动周期数据。
可选地，S2的步骤包括：
S201:释放所述夹持工装，使其自由摆动，测量第一摆动周期数据；
S202：重复步骤S1及S201,测量多次的第一摆动周期数据；
S203:根据第一摆动周期数据公式计算得到第一摆动周期数据；
所述第一摆动周期数据公式为：T0＝(T01+T02+…+T0n)/n，其中，T01为第一次S201步骤得到的第一摆动周期，T02为第二次S201步骤得到的第一摆动周期，TOn为第n次S201步骤得到的第一摆动周期，n为S201步骤的重复次数。
可选地，S4的步骤包括：
S401:释放所述夹持工装，使其自由摆动，测量第二摆动周期数据；
S402：重复步骤S3及S401,测量多次的第二摆动周期数据；
S403:根据第二摆动周期数据公式计算得到第二摆动周期数据；
所述第二摆动周期数据公式为：Tb＝(Tb1+Tb2+…Tbn)/n，其中，Tb1为第一次S401步骤得到的第一摆动周期，Tb2为第二次S401步骤得到的第一摆动周期，Tbn为第n次S401步骤得到的第二摆动周期，n为S401步骤的重复次数。
可选地，所述标准体为刚性柱体。
可选地，所述标准体转动惯量的理论值为标准体的极转动惯量。
可选地，所述标准体转动惯量的理论值为标准体的赤道转动惯量。
可选地，所述标准体为刚性圆柱体。
本发明还提供了另一种转动惯量测量仪器的标定方法，其步骤包括：
S01:将第一标准体固定安装于夹持工装，并扭转所述夹持工装至预设角度；
S02:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第一标准体的摆动周期数据；
S03:卸下第一标准体，将第二标准体固定安装于夹持工装，并扭转所述夹持工装至预设角度；
S04:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第二标准体的摆动周期数据；
S05:根据双标准体扭转系数公式计算得到扭转系数；
所述双标准体扭转系数公式为：
Figure BDA0003533687150000031
其中，A为转动惯量测量仪器的扭转系数，J*1为第一标准体转动惯量理论值，J*2为第二标准体转动惯量理论值，Tb1为第一标准体的摆动周期数据，Tb2为第二标准体的摆动周期数据，第一标准体和第二标准体不同。
可选地，S02步骤包括：
S021:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第一标准体的摆动周期数据；
S022:重复步骤S01及S021,测量多次的第一摆动周期数据；
S023：根据第一标准体的摆动周期数据的公式计算得到第一标准体的摆动周期数据；
所述第一标准体的第一摆动周期数据公式为：
Tb1＝(Tb11+Tb12+…Tb1n)/n；
其中，Tb11为第一次S021步骤得到的第一摆动周期数据，Tb12为第二次S021步骤得到的第一摆动周期数据，Tb1n为第n次S021步骤得到的第一摆动周期，n为S201步骤的重复次数。
可选地，S04步骤包括：
S041:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第二标准体的摆动周期数据；
S042:重复步骤S03及S041,测量多次的第二摆动周期数据；
S043：根据第二标准体的摆动周期数据的公式计算得到第二标准体的摆动周期数据；
所述第二标准体的第一摆动周期数据公式为：
Tb2＝(Tb21+Tb22+…+Tb2n)/n；
其中，Tb21为第一次S041步骤得到的第二摆动周期数据，Tb22为第二次S041步骤得到的第二摆动周期数据，Tb2n为第n次S041步骤得到的第二摆动周期，n为S041步骤的重复次数。
本发明实施例的转动惯量测量仪器的标定方法的有益效果包括，例如：
一种转动惯量测量仪器的标定方法，其步骤包括：
S1:将夹持工装安装于转动惯量仪器的测量工位，并扭转夹持工装至预设角度；
S2:释放夹持工装，使其自由摆动，并测得第一摆动周期数据；
S3:将标准体固定安装于夹持工装，并扭转夹持工装至预设角度；
S4:释放夹持工装，使其自由摆动，并测量第二摆动周期数据；
S5:根据单标准体扭转系数公式计算得到扭转系数；
单标准体扭转系数公式为：A＝J**/(Tb 2-T0 2)，其中，A为转动惯量测量仪器的扭转系数，J**为标准体转动惯量理论值，Tb为第二摆动周期数据，T0为第一摆动周期数据，可以仅通过测量第一摆动周期数据及第二摆动数据后，就能计算出仪器的扭转系数，能够对转动惯量测量仪器快速标定，提高了对转动惯量测量仪器的标定效果。
本发明还提供了另一种转动惯量测量仪器的标定方法，其步骤包括：
S01:将第一标准体固定安装于夹持工装，并扭转所述夹持工装至预设角度；S02:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第一标准体的摆动周期数据；
S03:卸下第一标准体，将第二标准体固定安装于夹持工装，并扭转所述夹持工装至预设角度；
S04:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第二标准体的摆动周期数据；
S05:根据双标准体扭转系数公式计算得到扭转系数；
所述双标准体扭转系数公式为：
Figure BDA0003533687150000061
其中，A为转动惯量测量仪器的扭转系数，J*1为第一标准体转动惯量理论值，J*2为第二标准体转动惯量理论值，Tb1为第一标准体的摆动周期数据，Tb2为第二标准体的摆动周期数据，第一标准体和第二标准体不同，通过双标准体的方式，无需再去测量夹持工装的摆动周期数据，能够一定程度上减少测量误差，提高了对转动惯量测量仪器的标定效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本发明的实施例一中提供的转动惯量测量仪器的标定方法的步骤示意图；
图2为本发明的实施例一提供的转动惯量测量仪器的标定方法的S2步骤示意图；
图3为本发明的实施例一提供的转动惯量测量仪器的标定方法的S4步骤示意图；
图4为本发明的实施例二提供的转动惯量测量仪器的标定方法的步骤示意图；
图5为本发明的实施例二提供的转动惯量测量仪器的标定方法的S02步骤示意图；
图6为本发明的实施例二提供的转动惯量测量仪器的标定方法的S04步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
实验仪器在检测过程中非常重要，为了保证实验仪器测量得到的数据准确性，需要对实验仪器的参数进行标定，从而使得测量的数据更为准确。现有技术中，针对转动惯量测量仪器的标定效果不好。
本发明的实施例中提供的转动惯量测量仪器的标定方法可以解决这一问题。
实施例一
首先介绍采用单标准体的标定方法，请参考图1-图3，接下来将对其进行详细的描述。
一种转动惯量测量仪器的标定方法，其步骤包括：
S1:将夹持工装安装于转动惯量仪器的测量工位，并扭转夹持工装至预设角度；
S2:释放夹持工装，使其自由摆动，并测量第一摆动周期数据；
S3:将标准体固定安装于夹持工装，并扭转夹持工装至预设角度；
S4:释放夹持工装，使其自由摆动，并测量第二摆动周期数据；
S5:根据单标准体扭转系数公式计算得到扭转系数；
单标准体扭转系数公式为：A＝J**/(Tb 2-T0 2)，其中，A为转动惯量测量仪器的扭转系数，J**为标准体转动惯量理论值，Tb为第二摆动周期数据，T0为第一摆动周期数据。
需要说明的是，此处标准体转动惯量理论值J**可以是标准体的极转动惯量理论值或者是赤道转动惯量理论值，具体需要根据测量要求而定，例如需要转动惯量仪器的测量待测物体的极转动惯量时，就可以使用标准体的极转动惯量的理论值进行标定，例如需要转动惯量仪器的测量待测物体的赤道转动惯量时，就可以使用标准体的赤道转动惯量的理论值进行标定，为了便于测量的数据更加准确，在本实施例中，标准体为刚性柱体，具体为刚性圆柱体。
具体地，单标准体扭转系数公式A＝J**/(Tb 2-T02)的推导步骤如下：
首先根据力学分析得到物体的摆动方程：
Figure BDA0003533687150000091
其中，
Figure BDA0003533687150000092
C为空气阻尼系数，θ为仪器扭摆角度，k为扭杆的弹性系数，J为物体的转动惯量。
根据物体的摆动方程
Figure BDA0003533687150000093
可以得到
Figure BDA0003533687150000101
其中，ω为固有振动频率，一般空气阻尼系数很小，忽略不计，所以C2的值趋近于0，进而得到公式
Figure BDA0003533687150000102
且
Figure BDA0003533687150000103
因此，得到物体转动惯量公式，
Figure BDA0003533687150000104
令
Figure BDA0003533687150000105
所以J＝AT2，其中，T为物体摆动周期数据，A为转动惯量测量仪器的扭转系，J为物体转动惯量。
通过分别代入单标准体的第二摆动周期数据Tb以及第一摆动周期数据T0进行相减后，得到单标准体扭转系数公式A＝J**/(Tb 2-T0 2)。
其中，S2的步骤包括：
S201:释放夹持工装，使其自由摆动，测量第一摆动周期数据；
S202：重复步骤S1及S201,测量多次的第一摆动周期数据；
S203:根据第一摆动周期数据公式计算得到第一摆动周期数据；
第一周期数据公式为：T0＝(T01+T02+…+T0n)/n，其中，T01为第一次S201步骤得到的第一摆动周期，T02为第二次S201步骤得到的第一摆动周期，T0n为第n次S201步骤得到的第一摆动周期，n为S201步骤的重复次数。
S4的步骤包括：
S401:释放夹持工装，使其自由摆动，测量第二摆动周期数据；
S402：重复步骤S3及S401,测量多次的第二摆动周期数据；
S403:根据第二摆动周期数据公式计算得到第二摆动周期数据；
第二周期数据公式为：Tb＝(Tb1+Tb2+…Tbn)/n，其中，Tb1为第一次S401步骤得到的第一摆动周期，Tb2为第二次S401步骤得到的第一摆动周期，Tbn为第n次S401步骤得到的第二摆动周期，n为S401步骤的重复次数。
实施例二
为了避免夹持工装对扭转系数的测量结果的影响，请参考图4-图6，本发明还提供了另一种转动惯量测量仪器的标定方法，其步骤包括：
S01:将第一标准体固定安装于夹持工装，并扭转夹持工装至预设角度；
S02:释放夹持工装，使其自由摆动，并测量第一标准体的摆动周期数据；
S03:卸下第一标准体，将第二标准体固定安装于夹持工装，并扭转夹持工装至预设角度；
S04:释放夹持工装，使其自由摆动，并测量第二标准体的摆动周期数据；
S05:根据双标准体扭转系数公式计算得到扭转系数；
双标准体扭转系数公式为：
Figure BDA0003533687150000111
其中，A为转动惯量测量仪器的扭转系数，J*1为第一标准体转动惯量理论值，J*2为第二标准体转动惯量理论值，Tb1为第一标准体的摆动周期数据，Tb2为第二标准体的摆动周期数据，第一标准体和第二标准体不同，第一标准体和第二标准体均为圆柱体。
需要说明的是，此处第一标准体转动惯量理论值J*1可以是极转动惯量理论值或赤道转动惯量理论值，具体需要根据测量要求而定，例如需要转动惯量仪器的测量待测物体的极转动惯量时，就可以使用标准体的极转动惯量的理论值进行标定，例如需要转动惯量仪器的测量待测物体的赤道转动惯量时，就可以使用标准体的赤道转动惯量的理论值进行标定，第二标准体转动惯量理论值J*2也可以是极转动惯量理论值或赤道转动惯量理论值，第一标准体和第二标准体可以均为刚性圆柱体。
其中，第一标准体转动惯量理论值J*1和第二标准体转动惯量理论值J*2需同时为相同类型的转动惯量理论值，例如均为极转动惯量理论值或者均为赤道转动惯量理论值。
容易理解的是，根据单标准体扭转系数公式A＝J**/(Tb 2-T0 2)容易推导得到双标准体扭转系数公式
Figure BDA0003533687150000121
具体地，第一标准体转动惯量理论值公式为：J*1＝ATb1 2-AT0 2，以及第二标准体转动惯量理论值公式为：J*2＝ATb2 2-AT0 2，两个公式相减后，消除了第一摆动周期数据T0，得到公式
Figure BDA0003533687150000122
其中，S02步骤包括：
S021:释放夹持工装，使其自由摆动，并测量第一标准体的摆动周期数据；
S022:重复步骤S01及S021,测量多次第一标准体的摆动周期数据；
S023：根据第一标准体的摆动周期数据的公式计算得到第一标准体的摆动周期数据；
第一标准体的第一摆动周期数据公式为：
Tb1＝(Tb11+Tb12+…Tb1n)/n；
其中，Tb11为第一次S021步骤得到第一标准体的摆动周期数据，Tb12为第二次S021步骤得到第一标准体的摆动周期数据，Tb1n为第n次S021步骤得到第一标准体的摆动周期数据，n为S201步骤的重复次数。
S04步骤包括：
S041:释放夹持工装，使其自由摆动，并测量第二标准体的摆动周期数据；
S042:重复步骤S03及S041,测量多次的第二摆动周期数据；
S043：根据第二标准体的摆动周期数据的公式计算得到第二标准体的摆动周期数据；
第二标准体的第一摆动周期数据公式为：Tb2＝(Tb21+Tb22+…+Tb2n)/n；
其中，Tb21为第一次S041步骤得到第二标准体的摆动周期数据，Tb22为第二次S041步骤得到第二标准体的摆动周期数据，Tb2n为第n次S041步骤得到第二标准体的摆动周期，n为S041步骤的重复次数。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种转动惯量测量仪器的标定方法，其特征在于，其步骤包括：
S1:将夹持工装安装于转动惯量仪器的测量工位，并扭转所述夹持工装至预设角度；
S2:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第一摆动周期数据；
S3:将标准体固定安装于所述夹持工装，并扭转所述夹持工装至预设角度；
S4:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量第二摆动周期数据；
S5:根据单标准体扭转系数公式计算得到扭转系数；
所述单标准体扭转系数公式为：
Figure FDA0003533687140000011
其中，A为所述转动惯量测量仪器的扭转系数，J**为标准体转动惯量理论值，Tb为第二摆动周期数据，T0为第一摆动周期数据。
2.根据权利要求1所述的转动惯量测量仪器的标定方法，其特征在于，S2的步骤包括：
S201:释放所述夹持工装，使其自由摆动，测量第一摆动周期数据；
S202：重复步骤S1及S201,测量多次的第一摆动周期数据；
S203:根据第一摆动周期数据公式计算得到第一摆动周期数据；
所述第一摆动周期数据公式为：T0＝(T01+T02+…+T0n)/n，其中，T01为第一次S201步骤得到的第一摆动周期，T02为第二次S201步骤得到的第一摆动周期，T0n为第n次S201步骤得到的第一摆动周期，n为S201步骤的重复次数。
3.根据权利要求2所述的转动惯量测量仪器的标定方法，其特征在于，S4的步骤包括：
S401:释放所述夹持工装，使其自由摆动，测量第二摆动周期数据；
S402：重复步骤S3及S401,测量多次的第二摆动周期数据；
S403:根据第二摆动周期数据公式计算得到第二摆动周期数据；
所述第二摆动周期数据公式为：Tb＝(Tb1+Tb2+…Tbn)/n，其中，Tb1为第一次S401步骤得到的第一摆动周期，Tb2为第二次S401步骤得到的第一摆动周期，Tbn为第n次S401步骤得到的第二摆动周期，n为S401步骤的重复次数。
4.根据权利要求1所述的转动惯量测量仪器的标定方法，其特征在于，所述标准体为刚性柱体。
5.根据权利要求4所述的转动惯量测量仪器的标定方法，其特征在于，所述标准体转动惯量的理论值为标准体的极转动惯量。
6.根据权利要求4所述的转动惯量测量仪器的标定方法，其特征在于，所述标准体转动惯量的理论值为标准体的赤道转动惯量。
7.根据权利要求4所述的转动惯量测量仪器的标定方法，其特征在于，所述标准体为刚性圆柱体。
8.一种转动惯量测量仪器的标定方法，其特征在于，其步骤包括：
S01:将第一标准体固定安装于夹持工装，并扭转所述夹持工装至预设角度；
S02:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量所述第一标准体的摆动周期数据；
S03:卸下所述第一标准体，将第二标准体固定安装于所述夹持工装，并扭转所述夹持工装至预设角度；
S04:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量所述第二标准体的摆动周期数据；
S05:根据双标准体扭转系数公式计算得到扭转系数；
所述双标准体扭转系数公式为：
Figure FDA0003533687140000031
其中，A为转动惯量测量仪器的扭转系数，J*1为第一标准体转动惯量理论值，J*2为第二标准体转动惯量理论值，Tb1为第一标准体的摆动周期数据，Tb2为第二标准体的摆动周期数据，第一标准体和第二标准体不同。
9.根据权利要求8所述的转动惯量测量仪器的标定方法，其特征在于，
S02步骤包括：
S021:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量所述第一标准体的摆动周期数据；
S022:重复步骤S01及S021,测量多次的第一标准体的摆动周期数据；
S023：根据所述第一标准体的摆动周期数据的公式计算得到第一标准体的摆动周期数据；
所述第一标准体的第一摆动周期数据公式为：
Tb1＝(Tb11+Tb12+…Tb1n)/n；
其中，Tb11为第一次S021步骤得到所述第一标准体的摆动周期数据，Tb12为第二次S021步骤得到所述第一标准体的摆动周期数据，Tb1n为第n次S021步骤得到所述第一标准体的摆动周期，n为S201步骤的重复次数。
10.根据权利要求9所述的转动惯量测量仪器的标定方法，其特征在于，
S04步骤包括：
S041:释放所述夹持工装，使其自由摆动，并测量所述第二标准体的摆动周期数据；
S042:重复步骤S03及S041,测量多次所述第二标准体的摆动周期数据；
S043：根据所述第二标准体的摆动周期数据的公式计算得到所述第二标准体的摆动周期数据；
所述第二标准体的第一摆动周期数据公式为：
Tb2＝(Tb21+Tb22+…+Tb2n)/n；
其中，Tb21为第一次S041步骤得到所述第二标准体的摆动周期数据，Tb22为第二次S041步骤得到所述第二标准体的摆动周期数据，Tb2n为第n次S041步骤得到所述第二标准体的摆动周期，n为S041步骤的重复次数。
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