專利名稱：精密離心機動態半徑和動態失準角的實時測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種精密離心機動態半徑和動態失準角的實時測量方法及裝 置，可應用于慣性器件測試設備領域的精密離心機動態半徑與動態失準角測量。
背景技術：
現有的精密離心機動態半徑與動態失準角測量方法是將電感傳感器、電 容傳感器等距離測量傳感器布置在一個固定的支架上，當離心機轉臂轉過傳感 器時，可測出傳感器探頭與轉臂間的距離，并將每圈的測量結果記錄下來，再 通過高、低速時的距離變化量即可得到離心機的動態半徑。由于精密離心機在 高速轉動時，臺面會由于受到離心力的作用而發生拉伸變形，轉軸也會發生偏 斜，采用這種測量方法離心機每轉一周只能測量一次動態半徑，采樣值較少， 不能克服由于臺面和轉軸的變形帶來的測量誤差，測量的精確度不高，且每圈 的測量結果需要試驗后計算，不是實時的。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的缺陷，提供一種精密離心機動 態半徑和動態失準角的實時測量方法及裝置，解決了在離心機在高速轉動時動 態半徑與動態失準角的實時測量問題，且提高了測量精度。
本發明的技術解決方案是 一種精密離心機動態半徑和動態失準角的實時 測量裝置，包括四對距離測量傳感器、分頻器和數據采集系統；第一對、第 二對距離測量傳感器按180。對稱安裝在離心機臺面的邊緣，其中第一對距離測 量傳感器對準臺面上被測件安裝塊的外邊沿，第二對距離測量傳感器對準臺面 上被測件安裝塊的上邊沿，第三對、第四對距離測量傳感器相互90。垂直安裝 在離心機軸端的預留基準面處，其中第三對距離測量傳感器沿離心機軸的徑向 安裝，第四對距離測量傳感器沿離心機軸的軸向安裝；離心機角度編碼器發出的脈沖信號經過分頻器分頻后輸入至凝:據采集系統中的第 一計凄史器作為采樣觸 發信號，離心機角度編碼器的零位信號輸入至數據采集系統中的第二計數器， 當第二計數器接收的零位信號發生第 一次電平跳變時數據采集系統中的第 一計 數器輸出采樣觸發信號，每個采樣觸發周期數據采集系統采集一次四對距離測 量傳感器的輸出信號，數據采集系統4艮據采樣結果計算出離心^/L的動態半徑和 動態失準角。
一種精密離心機動態半徑和動態失準角的實時測量方法，包括下列步驟
(1) 在離心機臺面的邊緣按180。對稱安裝第一對和第二對距離測量傳感 器，其中第一對距離測量傳感器C1、 C3對準臺面上被測件安裝塊的外邊沿， 第二對距離測量傳感器C2、 C4對準臺面上被測件安裝塊的上邊沿，在離心機 軸端的預留基準面處安裝相互垂直的第三對和第四對距離測量傳感器，其中第 三對距離測量傳感器C5、 C6沿離心機軸的徑向安裝，第四對距離測量傳感器 C7、 C8沿離心機軸的軸向安裝；
(2) 將四對距離測量傳感器輸出的8路模擬信號接入數據釆集系統中， 同時將離心機角度編碼器產生的脈沖信號經過分頻后接入數據采集系統作為采 樣觸發信號，從離心機角度編碼器初始零位開始，每間隔0.5。數據采集系統采 樣一次；
(3) 先讓離心機以低速率連續轉動，離心機每轉一圏四對距離測量傳感器 測得各距離測量傳感器與離心機之間的距離值，離心機連續轉動10-20圈后對 四對距離測量傳感器測得的距離值求平均得到四對距離測量傳感器與離心才幾之 間的靜態距離值A1 (720,8);
(4) 然后讓離心機按照需要的角速率轉動，離心機每轉一 圏四對距離測量 傳感器測得各距離測量傳感器與離心機之間的距離值A2(720，8)，該距離值 A2(720，8)作為四對距離測量傳感器與離心機之間的動態距離；
(5) 離心機每轉一圏，即以步驟(4)得到的動態距離值A2(720，8)減去 離心機對應角度處的靜態距離值A1(720,8),得到四對距離測量傳感器測得的距離變化值A3(720,8),對距離變化值A3(720,8)按列求平均得到距離動態變化 平均值A4(8),將數組A4的8個元素分別記作AC1、 △。、 AC3、厶04、 AC5、 AC6、 △C7、 Acs,則離心機的動態半徑AR為
則動態失準角p為
- =腦in Ac2+Ac4-Ac7-AC8 2(i + M)
R為離心機的靜態半徑值；
△ci為根據距離傳感器C1測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； Ac2為根據距離傳感器C2測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； Ac3為根據距離傳感器C3測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； Ac4為根據距離傳感器C4測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； 厶C5為根據距離傳感器C5測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； Ace為根據距離傳感器C6測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； 厶C7為根據距離傳感器C7測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； Ac8為根據距離傳感器C8測得動態距離值得到的距離動態變化平均值。 本發明與現有技術相比的有益效果是
(1 )本發明將四組位置測量傳感器的探頭分別對準臺面上被測件安裝塊和 軸端預留的基準面處，利用位置傳感器可精確測量出離心機的變形和偏斜量， 且利用離心機上的編碼器輸出脈沖分頻后作出釆樣觸發信號，可保證每次的采 樣點總在同一個位置，這樣就進一步消除了由于被測區域本身的加工和安裝誤 差而引入的不確定度，提高了測量精度。
(2 )本發明的測量方法是將四組位置測量傳感器的^:頭分別對準臺面上^皮
測件安裝塊和軸端預留的基準面處，當離心才幾剛啟動時，讓離心機先以^f氐速轉 動，得到四對距離測量傳感器與離心機之間的靜態距離值，然后讓離心機按照 用戶需要的速率值運轉，得到四對距離測量傳感器與離心機之間的動態距離值，
7程序通過采樣編碼器的零位信號來判斷臺體是否轉過一圏，當離心機臺體每轉
過一整圈后，用動態值減去靜態值，即可得到8個電容傳感器測得的距離變化 量，從而得到動態變化量平均值數組，從而可精確測量出離心機的變形和偏斜 量，本發明在離心機轉到一圏范圍內采集盡可能多的數據，提高了測量的準確 度，并且使用高精度角度編碼器分頻后的信號作為釆樣觸發信號，可以保證每 次測量的總在同一位置，不同圈中同一位置的比較，提高了測量準確度。
圖1為本發明電容傳感器安裝位置分布圖； 圖2為本發明測試裝置的構成圖。
具體實施例方式
如圖1所示，在離心機臺面的邊緣外按180。對稱方式安裝兩對距離測量傳 感器，其中第一對距離測量傳感器C1、 C3對準臺面上被測件安裝塊的外邊沿， 第二對距離測量傳感器C2、 C4對準臺面上被測件安裝塊的上邊沿。同時，在 離心機軸端的預留基準面處安裝相互垂直的第三對和第四對距離測量傳感器， 其中第三對距離測量傳感器C5、 C6沿離心機軸的徑向安裝，第四對距離測量 傳感器C7、 C8沿離心機軸的軸向安裝。距離測量傳感器探頭指向的被測件安 裝塊和軸端預留的基準面處都具有加工精度很高的測量面，能保證在離心機臺 面和軸轉動時準確測量出各距離測量傳感器與被測件安裝塊邊沿處或轉軸處的 距離。
如圖2所示，測試裝置包括距離測量傳感器1、分頻電路2、數據采集系 統3，離心機角度編碼器4發出的脈沖信號經過分頻器2分頻后輸入至數據采 集系統3中的第一計數器5作為采樣觸發信號，離心機角度編碼器4的零位信 號輸入至數據采集系統3中的第二計數器6，當第二計數器6接收的零位信號 發生突變時數據采集系統3中的第一計數器5輸出采樣觸發信號，每個采樣觸 發周期數據采集系統3采集一次四對距離測量傳感器1的輸出信號，數據釆集 系統3根據采樣結果計算出離心機的動態半徑和動態失準角。數據采集系統的采集軟件利用Nl的Labv'舊w軟件開發。
例如本發明采用電容傳感器作為精密距離測量元件，也可以采用電感傳感 器，可以將探頭與被測件之間的距離直接轉換為電壓值輸出，最大可測距離為 500|jm。離心機上的編碼器每圈輸出脈沖頻率為1152000,經過分頻電路2進 行64分頻后引入數據采集系統3的第 一計數器5的輸入端，再經過軟件25分 頻后，得到每圈輸出720個的方波信號，將此方波信號的上升沿作為電容傳感 器1的采樣觸發信號。將編碼器4的零位輸出信號引入數據采集系統3的第二 計數器6的輸入端，用來記錄離心機轉過的圈數。當離心機開始轉動時，總是 要等到離心機第一次轉過零位信號時(即第二計數器6的輸入值由0變為1時) 才開始采樣，然后再由第一計數器5的輸出作為采樣觸發信號，每0.5度采樣 一次電容傳感器的電壓值。本發明的數據采集系統3選用NI公司的一種DAQ 卡，將其直接插在工控機的PCI插槽中，并在工控機上安裝Nl公司的RT操作 系統，可以使用Labview軟件很方便地對數據采集卡進行編程，還可以通過 RT系統提高采樣的頻率。每計算出一次動態半徑AR和動態失準角p值，可 通過遠控方式上傳到上位機，也可以實時地以文件形式記錄于工控才幾中。
本發明的測試方法為將8個電容傳感器輸出的8路模擬電壓信號接入工 控機的數據采集板上，同時將離心機角度編碼器脈沖信號經過分頻后接入數據 采集系統作為采樣觸發信號，從離心機編碼器初始零位開始，每間隔0.5。采樣 一次，即每轉一圏采樣720個點，且保證各圏的采樣點總在同一位置。使用時 先讓離心機以較低速率連續轉動，測出各點的距離值，連續轉動10至20圈后 求平均值作為靜態值；然后讓離心機按照用戶需要的角速率轉動，可實時測出 各點的距離值作為動態值。以動態值減去對應角度處的靜態值，再將測量結果 進行運算，即得到離心機臺面的動態變化量和動態失準角。例如，程序運行后 先讓離心機以低速(如1g對應的角速率)連續轉動10圈，每間隔0.5°采樣一 次，得到靜態平均值數組A1 (720,8),數組為720行8列，該數組中720表示 釆樣點數共720行，數組中的8表示8列。此后讓離心機以高速轉動，每轉動一圈，就可以得到一個動態數組A2(720，8)。程序通過軟件定時查詢采集系統3 的內部計數器的計數值來判斷離心機是否轉過新一圈。當離心機轉過新的一圈 時，用本圏采樣得到的動態數組A2(720,8)減去靜態平均值數組A1(720,8)的對 應值，即可得到8個電容傳感器測得的距離變化量數組A3(720，8)。將數組 A3(720,8)按列求平均，可得到動態變化量平均值數組A4(8),將數組A4的8 各元素分別記作Ad，厶c2，......，厶C8，則離心機的動態半徑AR為
設離心機的靜態半徑值為R,則動態失準角(p為
0 = arcsinAc2+Ac4_Ac7—Ac8 2(i + M)
其中
△ci為根據距離傳感器C1測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； 厶C2為根據距離傳感器C2測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； Ac3為根據距離傳感器C3測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； Ac4為根據距離傳感器C4測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； 厶C5為根據距離傳感器C5測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； 厶ce為根據距離傳感器C6測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； 厶C7為根據距離傳感器C7測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； Ac8為根據距離傳感器C8測得動態距離值得到的距離動態變化平均值。 當離心機每轉一圈，測量結果刷新一次，因此這種測量是實時的，且每圏 的采樣點較多(720個或更多)，可以極大地提高測量的精確度。通過實際應用 發現，此種測量方法在離心機轉速達到30g時，測量相對精確度可優于9x1CT7 量級。
本發明未詳細描述內容為本領域技術人員公知技術。
權利要求
1、一種精密離心機動態半徑和動態失準角的實時測量裝置，其特征在于包括四對距離測量傳感器(1)、分頻器(2)和數據采集系統(3)；第一對、第二對距離測量傳感器按180°對稱安裝在離心機臺面的邊緣，其中第一對距離測量傳感器對準臺面上被測件安裝塊的外邊沿，第二對距離測量傳感器對準臺面上被測件安裝塊的上邊沿，第三對、第四對距離測量傳感器相互90°垂直安裝在離心機軸端的預留基準面處，其中第三對距離測量傳感器沿離心機軸的徑向安裝，第四對距離測量傳感器沿離心機軸的軸向安裝；離心機角度編碼器(4)發出的脈沖信號經過分頻器(2)分頻后輸入至數據采集系統(3)中的第一計數器(5)作為采樣觸發信號，離心機角度編碼器(4)的零位信號輸入至數據采集系統(3)中的第二計數器(6)，當第二計數器(6)接收的零位信號發生第一次電平跳變時數據采集系統(3)中的第一計數器(4)輸出采樣觸發信號，每個采樣觸發周期數據采集系統(3)采集一次四對距離測量傳感器(1)的輸出信號，數據采集系統(3)根據采樣結果計算出離心機的動態半徑和動態失準角。
2、 根據權利要求1所述的一種精密離心機動態半徑和動態失準角的實時 測量裝置，其特征在于所述的距離測量傳感器采用電容傳感器、或電感傳感 器。
3、 一種精密離心機動態半徑和動態失準角的實時測量方法，其特征在于包 括下列步驟(1 )在離心機臺面的邊緣按180。對稱安裝第一對和第二對距離測量傳感 器，其中第一對距離測量傳感器C1、 C3對準臺面上被測件安裝塊的外邊沿， 第二對距離測量傳感器C2、 C4對準臺面上被測件安裝塊的上邊沿，在離心機 軸端的預留基準面處安裝相互垂直的第三對和第四對距離測量傳感器，其中第 三對距離測量傳感器C5、 C6沿離心機軸的徑向安裝，第四對距離測量傳感器 C7、 C8沿離心機軸的軸向安裝；(2) 將四對距離測量傳感器輸出的8路模擬信號接入數據采集系統中， 同時將離心機角度編碼器產生的脈沖信號經過分頻后接入數據采集系統作為采樣觸發信號，從離心機角度編碼器初始零位開始，每間隔0.5。數據采集系統采樣一次；(3) 先讓離心機以低速率連續轉動，離心機每轉一 圈四對距離測量傳感器 測得各距離測量傳感器與離心機之間的距離值，離心機連續轉動10-20圏后對 四對距離測量傳感器測得的距離值求平均得到四對距離測量傳感器與離心機之 間的靜態距離值A1(720,8);(4) 然后讓離心機按照需要的角速率轉動，離心機每轉一圈四對距離測量 傳感器測得各距離測量傳感器與離心機之間的距離值A2(720，8),該距離值 A2(720,8)作為四對距離測量傳感器與離心才幾之間的動態距離；(5) 離心機每轉一圈，即以步驟(4)得到的動態距離值A2(720,8)減去 離心機對應角度處的靜態距離值A1(720,8)，得到四對距離測量傳感器測得的 距離變化值A3(720,8),對距離變化值A3(720,8)按列求平均得到距離動態變化 平均值A4(8),將數組A4的8個元素分別記作AC1、 AC2、 △"、 AC4、 ~5、 △&、 △C7、厶C8，則離心機的動態半徑AR為<formula>formula see original document page 3</formula>則動態失準角p為<formula>formula see original document page 3</formula>為離心機的靜態半徑值；△C1為才艮據距離傳感器C1測得動態距離值得到的距離動態變化平均值; Ac2為根據距離傳感器C2測得動態距離值得到的距離動態變化平均值; 厶C3為根據距離傳感器C3測得動態距離值得到的距離動態變化平均值; Ac4為根據距離傳感器C4測得動態距離值得到的距離動態變化平均值; Ac5為根據距離傳感器C5測得動態距離值得到的距離動態變化平均值;Ac6為才艮據距離傳感器C6測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； Ac7為才艮據距離傳感器C7測得動態距離值得到的距離動態變化平均值； Ac8為才艮據距離傳感器C8測得動態距離值得到的距離動態變化平均值。
全文摘要
一種精密離心機動態半徑和動態失準角的實時測量方法及裝置，在離心機臺面的邊緣外和軸端處安裝8個電容傳感器，分別指向臺面上被測件安裝塊和軸端基準面處。將電容傳感器的輸出信號接入工控機的數據采集板上，以分頻后的離心機角度編碼器脈沖信號作為采樣觸發信號，以保證各圈的采樣點總在同一位置。先讓離心機以較低速率連續轉動，測出靜態值；然后讓離心機高速轉動，測出動態值。以動態值減去對應角度處的靜態值，進過計算后，即得到離心機臺面的動態變化量和動態失準角。
文檔編號G01B7/02GK101639337SQ200910092038
公開日2010年2月3日 申請日期2009年9月7日 優先權日2009年9月7日
發明者明 楊, 王勝利, 胡吉昌, 黃林生 申請人:北京航天控制儀器研究所