CN204287217U - 一种转轴速率精度检测装置 - Google Patents

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余海盛
雷勉才
张新
杨连春
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Abstract

本实用新型公开了一种转轴速率检测装置。该装置包括高精度圆光栅、双读数头、细分盒、FPGA电路和时钟基准。该装置由双读数头读取高精度圆光栅信号经细分盒处理后传输到FPGA电路中，时钟基准信号也传输到FPGA电路中，FPGA电路解码处理得到实时时钟和角度信号数字序列。基于实时时钟和角度信号数字序列，可根据旋转轴角速率精度及平稳度的校准方法，检测出旋转轴角速率精度及平稳度。本实用新型的测量结果真实可靠，符合计量校准规则，可应用于各种有旋转轴角速率精度及平稳度要求的设备的指标检测。

Description

一种转轴速率精度检测装置
技术领域：
本实用新型属于一种旋转轴角速率检测装置，特别涉及一种用定时测角法检测设备旋转轴角速率精度及平稳度的检测装置。
背景技术：
旋转轴角速率精度及平稳度检测，一直都是角速率检测方面的难题，通常采用设备自身的角度传输到计算机来测量或者利用设备自身角度传感器分频出来的小角度脉冲信号来测量，由于都是基于设备自身的角度传感器来进行测量，不符合计量检定规则，检测结果缺少说服力。目前针对于旋转轴角速率精度及平稳度检测(特别是惯性测试设备转台)，指标要求越来越高，使用科学的检测装置来测量其精度显得越来越重要。
实用新型内容：
本实用新型的技术所解决问题是：克服现有检测技术的不足，提供一种旋转轴角速率检测装置，检测结果真实可靠，检测精度高。
本实用新型解决的技术解决方案为：包括圆光栅、双读数头、细分盒、时钟基准和FPGA电路，圆光栅通过底座与旋转轴连接，由被测旋转轴带动其旋转，所述的双读数头固定在一固定装置上，该固定装置为一个圆环或者一个面板，两个读数头位置相对180°的位置，双读数头与圆光栅的相对位置与圆光栅读数头相匹配，双读数头与光栅读数头相匹配调整好后由固定支架固定，读数头信号经细分盒细分后进入FPGA，时钟基准信号进入FPGA，由FPGA电路完成细分盒信号的解码，转换为角度序列，完成时钟基准信号的解码，转换为时钟序列，二者组合编码为时钟角度数字序列，通过通讯接口传输到上位机进行处理。
附图说明：
图1为本实用新型的组成结构图。
图2为本实用新型的具体组成结构图。
具体实施方式：
如图2所示，本使用新型包括圆光栅、双读数头、细分盒、时钟基准和FPGA电 路。圆光栅通过底座与旋转轴连接，由被测旋转轴带动其旋转。双读数头按照光栅读数头安装要求调整好后由固定支架固定，读数头信号经细分盒细分后进入FPGA，时钟基准信号进入FPGA。由FPGA电路完成细分盒信号的解码，转换为角度序列，完成时钟基准信号的解码，转换为时钟序列，二者组合编码为时钟角度数字序列，通过通讯接口传输到上位机软件进行处理，根据角速率精度的计算规则计算角速率精度及平稳度。
圆光栅可以根据检测的要求选用不同精度的圆光栅。本发明选用的时RENISHAW的的带参考零位的增量式圆光栅RESD20USA200。此编码器为31488线，系统精度为1.11″。双读数头均选用RENISHAW的SR010A读数头。细分盒为2个RENISHAW的SigNum系列SI-NN-0200型细分盒，细分倍数为200倍。圆光栅经读数头、细分盒处理的信号为每圆周6297600个差分脉冲信号。时钟晶振选用的是武汉大众的恒温晶振OSC5A2B，时钟准确度高于5×10-8。
差分脉冲信号和时钟基准信号进入FPGA电路后，通过FPGA编写固件程序，进行时钟和角度的编码，以1000Hz(可以更高)的频率通过USB接口发送数据(时钟角度数字序列)。计算机接收数据，按照角速率检测中定时测角的计算方法，通过分析数据中的定时间隔的角度数据，来计算角速率精度及平稳度。
速率精度及平稳度的测量精度其中τ为测角间隔内角度精度，θ为定角间隔。而其中为测角间隔内的角度精度，t旋转轴运行测角间隔角度所需的时间，ε为时钟晶振精度。因此速率精度及平稳度的测量精度公式如下：
其中为测角间隔内的角度精度，t旋转轴运行测角间隔角度所需的时间，ε为时钟晶振精度，θ为定角间隔。
由上式可以看出，当测角间隔为1°时，1°的精度＜1.1″(0.0003°)，ε＜5×10-8，t小于1000秒，测量精度当测角间隔为10°时，10°的精度＜1.1″(0.0003°)，ε＜5×10-8，t小于10 秒，测量精度当测角间隔为360°时，360°的精度＜0.7″(0.0002°)，ε＜5×10-8，t小于36秒，测量精度  &delta; < 0.0002 + 10 &times; 5 &times; 10 - 8 360 = 5.6 &times; 10 - 7 .
本实用新型未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种转轴速率检测装置，其特征在于，包括圆光栅、双读数头、细分盒、时钟基准和FPGA电路，圆光栅通过底座与旋转轴连接，由被测旋转轴带动其旋转，所述的双读数头固定在一固定装置上，该固定装置为一个圆环或者一个面板，两个读数头位置相对180°的位置，双读数头与圆光栅的相对位置与圆光栅读数头相匹配，双读数头与光栅读数头相匹配调整好后由固定支架固定，读数头信号经细分盒细分后进入FPGA，时钟基准信号进入FPGA，由FPGA电路完成细分盒信号的解码，转换为角度序列，完成时钟基准信号的解码，转换为时钟序列，二者组合编码为时钟角度数字序列，通过通讯接口传输到上位机进行处理。
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