一種轉臺角速率檢測裝置及方法與流程
本發明屬于慣性器件測試技術領域，具體涉及一種轉臺角速率檢測裝置及方法。
背景技術：
轉臺作為慣性器件測試設備，其角速率的精度及平穩性對慣性器件的性能起著舉足輕重的作用。隨著慣性器件角速率指標不斷提高，對轉臺系統自身角速率精度指標的要求也日益提高。
目前，角速率的檢測根據角速率的大小從360°平均、10°平均及1°平均三個區間段分別進行。當角速率指令大于360°，利用粘貼于轉臺框架上的磁鋼與固定不動的霍爾器件之間位置移動產生霍爾信號，將其作為基準脈沖信號輸出給測試系統計算脈沖間隔時間從而進行角速率計算；當角速率指令小于10°，乃至小于1°時，多通過轉臺控制系統內部的1ms中斷采集轉臺角位置進行角速率的精度及平穩性計算。
以上方法雖可以完成一般轉臺的角速率檢測，但僅用于轉臺控制數據可開放于角速率檢測的狀態，不適用排他性控制系統的轉臺角速率測試，存在檢測裝置與控制系統相互干涉，檢測結果與控制系統的數據采集相關聯等問題。
技術實現要素：
本發明需要解決的技術問題為：提供一種轉臺角速率檢測裝置及方法，其脫離于轉臺自身控制系統的角速率檢測裝置，測試精度高、適用性強。
本發明的技術方案如下所述：
一種轉臺角速率檢測裝置，包括光電編碼器、標準脈沖處理電路和便攜式檢定儀：光電編碼器在轉臺被測軸轉動時產生1Vpp差分信號，標準脈沖信號處理電路將1Vpp差分信號轉換成標準單端TTL電平信號，便攜式檢定儀對標準單端TTL電平信號進行計數。
作為優選方案：所述光電編碼器采用圓光柵式光電編碼器。所述圓光柵式光電編碼器包括圓光柵和讀數頭：圓光柵安裝在轉臺被測軸上，徑向回轉誤差小于等于5μm；讀數頭與圓光柵外緣距離2mm。
作為優選方案：所述標準脈沖信號處理電路包括濾波電路和高速轉換芯片：濾波電路對1Vpp差分信號進行濾波處理，高速轉換芯片在保證信號帶寬的前提下將1Vpp差分信號轉換為TTL差分電平，再將其轉換為單端信號，得到標準單端TTL電平信號。所述高速轉換芯片可以采用74LS123型芯片。
作為優選方案：所述便攜式檢定儀包括高穩定時鐘源和信號采集處理電路，對標準單端TTL電平信號的下降沿進行計數、對標準單端TTL電平信號間隔時間進行計算，通過計算轉臺轉過固定角度的時間得到角速率精度及穩定度。所述高穩定時鐘源可以采用NI標準板卡。
一種轉臺角速率檢測方法，包括以下步驟：
步驟1計算平均時間和角速率
轉臺工作在速率狀態，使其按給定速率穩定運行，待轉臺運行穩定后開始測量；便攜式檢定儀共采樣n個數據；依據式(1)計算平均時間，依據式(2)計算角速率：
ω＝Δθ/T (2)
式中，
為給定速率下轉臺被測軸轉過定角間隔所用時間的平均值；
n為給定速率點連續測量次數；
Ti為給定速率下轉臺被測軸第i次轉過定角間隔所用時間，i＝1、2、…、n；
ω為角速率理論值；
△θ為定角間隔；
T為轉臺轉過定角間隔所用時間；
步驟2計算角速率絕對誤差和角速率平穩性絕對誤差
在轉臺速率小于0.1°/s時，依據式(3)計算角速率絕對誤差、依據式(4)計算角速率平穩性絕對誤差
其中，
式中：
Eω為角速率絕對誤差；
為角速率平均值；
為角速率平穩性絕對誤差；
為各速率點測量值相對于速率平均值的最大正偏差值；
為與速率平均值具有最大正偏差的速率點測量值；
為各速率點測量值相對于速率平均值的最大負偏差值；
為與速率平均值具有最大負偏差的速率點測量值；
步驟3計算角速率相對誤差和角速率平穩性相對誤差
當轉臺速率大于等于0.1°/s時，依據式(5)計算角速率相對誤差、依據 式(6)計算角速率平穩性相對誤差：
式中：
Vω為角速率相對誤差；
Tg為給定速率下轉臺被測軸轉過定角間隔所用時間的理論值；
σω為角速率平穩性相對誤差；
N為按給定速率選定的測量次數。
作為優選方案：步驟1中，△θ取值為360°、或10°或1°。
作為優選方案：步驟3中，360°平均區段中，N＝10；10°平均區段中，N＝10；1°平均區段中，當角速率理論值ω≥0.005°/s時，N＝10，當角速率理論值ω<0.005°/s時，N＝3。
本發明的有益效果為：
(1)本發明的一種轉臺角速率檢測裝置及方法，設計原理明確，執行機構清晰，通過可溯源的計數設備及高可靠性的編碼器及處理電路實現了適用于不同類型轉臺的角速率檢測；
(2)本發明的一種轉臺角速率檢測裝置及方法，實現即裝即用，并能夠實時得到處理結果，具有適用性強、計時準確度高的特點。
附圖說明
圖1為本發明的轉臺角速率檢測裝置組成示意圖；
圖2為本發明的外置圓光柵式光電編碼器安裝示意圖。
圖中，1-轉臺被測軸，2-圓光柵，3-讀數頭夾桿，4-讀數頭，5-光電編碼器安裝板。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的一種轉臺角速率檢測裝置及方法進行詳細說明。
如圖1所示，本發明的一種轉臺角速率檢測裝置，包括光電編碼器、標準脈沖處理電路和便攜式檢定儀：光電編碼器在轉臺被測軸1轉動時產生1Vpp差分信號，標準脈沖信號處理電路將1Vpp差分信號轉換成標準單端TTL電平信號，便攜式檢定儀對標準單端TTL電平信號進行計數。
所述光電編碼器采用圓光柵式光電編碼器，當轉臺勻速運動于某一轉速時，圓光柵式光電編碼器產生對應其線數的1Vpp差分信號。如圖2所示，本實施例中的圓光柵式光電編碼器包括圓光柵2和讀數頭4：圓光柵2安裝在轉臺被測軸1上，徑向回轉誤差不大于5μm；讀數頭4與圓光柵2外緣距離2mm，用于轉臺被測軸1轉動時產生1Vpp差分信號。當線數為18000時，在轉臺轉速為360°/s的情況下，轉臺每轉一圈圓光柵式光電編碼器可輸出18000周期信號。
所述標準脈沖信號處理電路包括濾波電路和高速轉換芯片：濾波電路對1Vpp差分信號進行濾波處理，高速轉換芯片在保證信號帶寬的前提下將1Vpp差分信號轉換為TTL差分電平，再將其轉換為單端信號，得到標準單端TTL電平信號。本實施例中，所述濾波電路采用高可靠性的電阻、電容實現；高速轉換芯片采用74LS123型芯片。
所述便攜式檢定儀包括高穩定時鐘源和信號采集處理電路，可對標準單端TTL電平信號的下降沿進行計數和標準單端TTL電平信號間隔時間計算，通過計算轉臺轉過固定角度的時間得到角速率精度及穩定度。本實施例中，所述高穩定時鐘源采用NI標準板卡；所述信號采集處理電路采用現有技術中的信號采集電路，此為本領域技術人員公知常識。
本發明的一種轉臺角速率檢測方法，采用定角測時法實現，其具體包括以下步驟：
步驟1計算平均時間和角速率
轉臺工作在速率狀態，使其按給定速率穩定運行，待轉臺運行穩定后開始測量。便攜式檢定儀共采樣n個數據。依據式(1)計算平均時間，依據式(2)計算角速率：
ω＝△θ/T (2)
式中，
為給定速率下轉臺被測軸轉過定角間隔所用時間的平均值；
n為給定速率點連續測量次數，本實施例，n＝10；
Ti為給定速率下轉臺被測軸第i次轉過定角間隔所用時間，i＝1、2、…、n；
ω為角速率理論值；
△θ為定角間隔，本實施例中，△θ可以取值360°、10°或1°；
T為轉臺轉過定角間隔所用時間。
步驟2計算角速率絕對誤差和角速率平穩性絕對誤差
在轉臺速率小于0.1°/s時，依據式(3)計算角速率絕對誤差、依據式(4)計算角速率平穩性絕對誤差
其中，
式中：
Eω為角速率絕對誤差；
為角速率平均值；
為角速率平穩性絕對誤差；
為各速率點測量值相對于速率平均值的最大正偏差值；
為與速率平均值具有最大正偏差的速率點測量值；
為各速率點測量值相對于速率平均值的最大負偏差值；
為與速率平均值具有最大負偏差的速率點測量值。
步驟3計算角速率相對誤差和角速率平穩性相對誤差
當轉臺速率大于等于0.1°/s時，依據式(5)計算角速率相對誤差、依據式(6)計算角速率平穩性相對誤差：
式中：
Vω為角速率相對誤差；
Tg為給定速率下轉臺被測軸轉過定角間隔所用時間的理論值；
σω為角速率平穩性相對誤差；
N為按給定速率選定的測量次數。
本實施例中，360°平均區段中，N＝10；10°平均區段中，N＝10；1°平均區段中，當角速率理論值ω≥0.005°/s時，N＝10，當角速率理論值ω<0.005°/s時，N＝3。
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