CN102654384B - 转台式精密离心机动态半径定位直接测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转台式精密离心机动态半径定位直接测量方法，包括以下步骤：测量转台端面的径向圆跳动，并记录该值为b₀mm；记转台上的加速度计安装位置为A点，在转台上定义B点和C点；直线BC与转台端面相交形成D点和E点；分别D点所在垂直线和E点所在垂直线为中线加工一条垂直方向凹槽；安装固定支架和电容式测位传感器，使电容式测位传感器直接面对转台端面；转动转台获得采集结果，记为序列Mi；分析序列Mi；重复试验，完成转台式精密离心机动态半径的测量。本发明未用被测安装块，消除了被测安装块本身引入的不确定度；采用单传感器连续测量，精简了测量系统结构，减少了其它环节引入测量不确定度的可能，显著提高了测量精度。

Description

转台式精密离心机动态半径定位直接测量方法

技术领域

本发明涉及一种转台式精密离心机动态半径测量方法，尤其涉及一种不用安装被测安装块、高精度的转台式精密离心机动态半径定位直接测量方法。

背景技术

精密离心机是用来给加速度计标定和校准的仪器之一，它是通过把向心加速度作为输入量，并测试加速度计的各项性能参数来实现的。根据其工作原理，计算与衡量向心加速度的主要影响因素包括动态半径、动态失准角、转速等。

传统的转台式精密离心机动态半径测量方法是：将电容式、电感式、激光式等测位传感器安装在转台或者固定支架上，再在离心机转台上安装被测安装块，用以间接衡量转台的半径；测量计算方式有的选用位置点触发方式，即在转台特定几个位置触发采样信号，有的选用连续采集求取平均值的方式。

传统的转台式精密离心机动态半径测量方法的缺点在于：

1、在离心机转台上安装被测安装块用以间接测量离心机半径的变化量，由于在不同离心加速度下，被测安装块与转台的固定连接方式、材质、体积、形状等不同，会导致被测安装块的位置变化量与转台半径的位置变化量不一致，会对精密离心机动态半径的准确测量引入误差；

2、精密离心机用于加速度计的标定与校准，其动态半径的测量位置应在转台上加速度计安装对应的转台径向端面位置，其余位置测量的动态半径值只能反映精密离心机转台动态半径的变化趋势，并不能准确衡量转台上加速度计安装对应的转台径向端面位置的动态半径变化，传统方法测量的动态半径的位置点选取较多，不只在转台径向端面位置，所以会对精密离心机标定与校准加速度计引入误差；而且由于加速度计安装位置往往有着装调平台、安装夹具等不同于其它位置的部件，其质量不同带来的动态半径变化不同也是不应该忽略的；

3、选用触发方式进行测量会影响位置传感器的工作性能；采用位置触发方式测量动态半径会使测位传感器一直处于间歇工作状态，不利于传感器性能的稳定与工作，会对测量的精度产生影响；

4、采用连续采集求取平均值的方式是衡量了精密离心机转台端面在整个圆周上的动态半径变化情况，其反映的是整个圆周上动态半径的变化趋势，不能够准确反映转台端面的指定位置即加速度计安装对应的转台径向端面位置的动态半径情况；一方面，由于安装位置质量的不同会带来不同的动态半径变化，另一方面，由于转台的加工存在一定的形位公差，转轴与转台安装过程中会引入装配误差，因此测量转台上不同位置的半径就会有着较大的不同，从而使得动态半径的衡量产生较大偏差。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种不用安装被测安装块、高精度的转台式精密离心机动态半径定位直接测量方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明所述精密离心机的转台上表面位于水平方向，所述精密离心机的转台端面位于垂直方向，所述精密离心机的主轴位于所述转台的中心并位于垂直方向；本发明所述测量方法包括以下步骤：

（1）手动转动所述精密离心机的转台，并测量所述转台端面的径向圆跳动，并记录该值为b₀mm；

（2）记所述精密离心机的转台上的加速度计安装位置为A点，A点以所述精密离心机的主轴为中心旋转90°的位置记为B点，A点以所述精密离心机的主轴为中心同向旋转270°的位置记为C点；

（3）连接所述B点和所述C点形成直线BC，所述直线BC与所述精密离心机的转台端面相交形成两个相交点，所述两个相交点中靠近所述B点的记为D点，靠近所述C点的记为E点；

（4）分别以所述D点所在垂直线和所述E点所在垂直线为中线，在所述精密离心机的转台端面上各自加工一条垂直方向的方形凹槽，所述方形凹槽水平方向的宽度为amm，垂直方向的深度为bmm，所述方形凹槽水平方向的宽度和垂直方向的深度同时满足下述式I和式II：

$f_c>\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{rn}}_{\max }}{60\×{10}^{-3}a}$    式I

b＞3b₀   式II

其中，f_c为动态半径采样频率，单位Hz,r为所述精密离心机的工作半径，单位m，n_max为所述精密离心机的设计最大转速，单位r/min；

（5）在所述精密离心机的转台端面旁边安装固定支架，所述固定支架能够在水平方向和垂直方向进行距离调节，所述固定支架上端安装有能够在水平方向和垂直方向转动的安装夹具；

（6）在所述安装夹具上安装电容式测位传感器一只，所述电容式测位传感器的测量面直接面对所述精密离心机的转台端面的中间部分；

（7）连接所述电容式测位传感器的电源，并用数字多用表读取所述电容式测位传感器的读数，记为Lmm；

（8）调整所述电容式测位传感器的角度；

（9）调整所述电容式测位传感器与所述精密离心机的转台之间的距离；

（10）转动所述精密离心机进行试验前，首先记录所述精密离心机的初始位置以及所述精密离心机转台的转动方向，判断首先经过所述电容式测位传感器的是所述转台的D点还是E点，进而判断所述加速度计安装位置A点经过所述电容式测位传感器的具体情况，所述A点经过所述电容式测位传感器的情况为以下四种循环模式之一：DEADEA…、DAEDAE…、EDAEDA…、EADEAD…；

（11）转动所述精密离心机进行试验，采用高速数据采集系统连续读取并记录所述电容式测位传感器的反馈数值，采集结果记为序列M_i，所述序列M_i至少包含有采自所述D点和所述E点的采样数据各1个，具体包含个数与所述凹槽的宽度和所述精密离心机转台的转速有关；

（12）分析所述序列M_i：由于所述凹槽导致所述D点和所述E点与所述电容式测位传感器之间的距离更大，所以采自所述D点和所述E点的采样数值与采自其它位置的采样数值相比有着明显的变化，结合步骤（10）中判断出的所述A点经过所述电容式测位传感器的情况，能够确定所述序列M_i中属于所述A点的数值；

（13）改变所述精密离心机转台的转速，重复步骤（10）至步骤（12），通过记录所述A点在不同离心加速度情况下的数值，完成所述转台式精密离心机动态半径的测量。

作为优选，所述步骤（8）的方法包括以下步骤：

（1）使所述电容式测位传感器面对所述转台端面的未开槽区域，调节所述固定支架的水平位置，使所述电容式测位传感器的读数L接近其最大量程的95%，此时固定所述固定支架的位置；

（2）保持其余条件不变，调节所述安装夹具的垂直方向角度，使所述电容式测位传感器的读数L接近其最小值，此时固定所述安装夹具；

（3）保持其余条件不变，调节所述安装夹具的水平方向角度，使所述电容式测位传感器的读数L接近其最小值，此时固定所述安装夹具。

作为优选，所述步骤（9）的方法为：读取所述电容式测位传感器当前的L读数，记为L₀，L₀满足以下式III的条件，若不满足则调节所述固定支架与所述精密离心机之间的水平距离直到满足以下式III的条件为止：

$L_0>\frac{\mathrm{\δ}{a}_{\max }m}{K}$    式III

式III中，m为所述转台、所述固定支架、所述安装夹具和所述电容式测位传感器的总质量，单位kg，a_max为所述精密离心机设计最大加速度值，单位m/s²，K为所述精密离心机的转台材料的弹性系数，δ为动态半径测量系统的安全距离系数，取值3-5。

具体地，所述步骤（12）中，所述序列M_i中属于所述A点的数值为一个或多个；为多个时，对多个所述数值进行平均值处理。

本发明的有益效果在于：

本发明具有以下优点：

1、由于没有采用在转台上安装被测安装块的方式，对转台式精密离心机动态半径进行了直接测量，消除了被测安装块本身的加工、安装、位移和变形引入的不确定度，精简了测量系统结构，减少了由测量系统其它环节引入测量不确定度的可能，提高了测量精度；

2、采用单传感器连续测量，不需要精密离心机其它部分提供触发信号，可以有效地消除其它系统引入的不确定度；

3、通过高速的数据采集与分析，可以实现精密离心机试验安装台面位置处动态半径的定位测量，即确保每次动态半径采样点在同一位置，可以消除由于转台加工形位公差、转台转轴装配误差引入的不确定度，显著提高测量精度。

附图说明

图1是本发明所述固定支架的立体结构示意图；

图2是本发明所述精密离心机转台及其点位设置的立体结构示意图；

图3是本发明所述固定支架和所述精密离心机配合使用的主视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步具体描述：

如图1和图3所示，本发明所述固定支架2的上端有安装夹具1，电容式测位传感器4安装于安装夹具1上。如图2所示，本发明所述精密离心机的转台3的上表面位于水平方向，精密离心机的转台3的端面7位于垂直方向，精密离心机的主轴5位于转台3的中心并位于垂直方向；图2中8为加速度计安装区域，加速度计安装位置为A点位于加速度计安装区域8的中心，具体而言，“A点”的概念中，其面积可大可小，根据实际需求的测量精度而定，但始终以其中心点为测量和计算的标准点，其它的B点、C点、D点、E点的概念与此相同。

下面结合图1、图2和图3对本发明的具体过程作进一步描述：

（1）手动转动精密离心机的转台3，并测量转台3的端面7的径向圆跳动，并记录该值为b₀mm；

（2）记精密离心机的转台3上的加速度计安装位置为A点，A点以精密离心机的主轴5为中心旋转90°的位置记为B点，A点以精密离心机的主轴5为中心同向旋转270°的位置记为C点，上述旋转方向可以为顺转或逆转，本实施例为逆转；

（3）连接B点和C点形成直线BC，直线BC与精密离心机的转台3的端面7相交形成两个相交点，两个相交点中靠近B点的记为D点，靠近C点的记为E点；

（4）分别以D点所在垂直线和E点所在垂直线为中线，在精密离心机的转台3的端面7上各自加工一条垂直方向的方形凹槽8，方形凹槽8水平方向的宽度为amm，垂直方向的深度为bmm，方形凹槽8水平方向的宽度和垂直方向的深度同时满足下述式I和式II：

$f_c>\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{rn}}_{\max }}{60\×{10}^{-3}a}$    式I

b＞3b₀   式II

其中，f_c为动态半径采样频率，单位Hz,r为精密离心机的工作半径，单位m，n_max为精密离心机的设计最大转速，单位r/min；

（5）在精密离心机的转台3的端面7的旁边安装固定支架2，固定支架2能够在水平方向和垂直方向进行距离调节，固定支架2的上端安装有能够在水平方向和垂直方向转动的安装夹具1；

（6）在安装夹具1上安装电容式测位传感器4一只，电容式测位传感器4的测量面直接面对精密离心机的转台3的端面7的中间部分；

（7）连接电容式测位传感器4的电源，并用数字多用表读取电容式测位传感器4的读数，记为Lmm；

（8）使电容式测位传感器4面对转台3的端面7的未开槽区域，调节固定支架2的水平位置，使电容式测位传感器4的读数L接近其最大量程的95%，此时固定固定支架2的位置；

（9）保持其余条件不变，调节安装夹具1的垂直方向角度，使电容式测位传感器4的读数L接近其最小值，此时固定安装夹具1；

（10）保持其余条件不变，调节安装夹具1的水平方向角度，使电容式测位传感器4的读数L接近其最小值，此时固定安装夹具1；

（11）读取电容式测位传感器4当前的L读数，记为L₀，L₀满足以下式III的条件，若不满足则调节固定支架2与精密离心机之间的水平距离直到满足以下式III的条件为止：

$L_0>\frac{{\mathrm{\δa}}_{\max }m}{K}$    式III

式III中，m为转台3、固定支架2、安装夹具1和电容式测位传感器4的总质量，单位kg，a_max为精密离心机设计最大加速度值，单位m/s²，K为精密离心机的转台3的材料的弹性系数，δ为动态半径测量系统的安全距离系数，取值3-5；

（12）转动精密离心机进行试验前，首先记录精密离心机的初始位置以及精密离心机转台3的转动方向，判断首先经过电容式测位传感器4的是转台3的D点还是E点，进而判断加速度计安装位置A点经过电容式测位传感器4的具体情况，A点经过电容式测位传感器4的情况为以下四种循环模式之一：DEADEA…、DAEDAE…、EDAEDA…、EADEAD…；

（13）转动精密离心机进行试验，采用高速数据采集系统连续读取并记录电容式测位传感器4的反馈数值，采集结果记为序列M_i，序列M_i至少包含有采自D点和E点的采样数据各1个，具体包含个数与凹槽6的宽度和精密离心机转台3的转速有关；

（14）分析序列M_i：由于凹槽6导致D点和E点与电容式测位传感器4之间的距离更大，所以采自D点和E点的采样数值与采自其它位置的采样数值相比有着明显的变化，结合步骤（12）中判断出的A点经过电容式测位传感器4的情况，能够确定序列M_i中属于A点的数值；序列M_i中属于A点的数值为一个或多个；为多个时，对多个数值进行平均值处理；

（15）改变精密离心机转台3的转速，重复步骤（12）至步骤（14），通过记录A点在不同离心加速度情况下的数值，完成转台式精密离心机动态半径的测量。

上述过程中，未采用传统方法中的被测安装块，消除了被测安装块本身引入的不确定度；采用一个电容式测位传感器4直接面对精密离心机转台3的端面6进行连续测量，精简了测量系统结构，减少了其它环节引入测量不确定度的可能，显著提高了测量精度。

Claims (4)

1.一种转台式精密离心机动态半径定位直接测量方法，所述精密离心机的转台上表面位于水平方向，所述精密离心机的转台端面位于垂直方向，所述精密离心机的主轴位于所述转台的中心并位于垂直方向；其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：

（1）手动转动所述精密离心机的转台，并测量所述转台端面的径向圆跳动，并记录该值为b₀mm；

（2）记所述精密离心机的转台上的加速度计安装位置为A点，A点以所述精密离心机的主轴为中心旋转90°的位置记为B点，A点以所述精密离心机的主轴为中心同向旋转270°的位置记为C点；

（3）连接所述B点和所述C点形成直线BC，所述直线BC与所述精密离心机的转台端面相交形成两个相交点，所述两个相交点中靠近所述B点的记为D点，靠近所述C点的记为E点；

（4）分别以所述D点所在垂直线和所述E点所在垂直线为中线，在所述精密离心机的转台端面上各自加工一条垂直方向的方形凹槽，所述方形凹槽水平方向的宽度为amm，垂直方向的深度为bmm，所述方形凹槽水平方向的宽度和垂直方向的深度同时满足下述式I和式II：

$f_c>\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{rn}}_{\max }}{60\×{10}^{-3}a}$    式I

b＞3b₀   式II

其中，f_c为动态半径采样频率，单位Hz,r为所述精密离心机的工作半径，单位m，n_max为所述精密离心机的设计最大转速，单位r/min；

（5）在所述精密离心机的转台端面旁边安装固定支架，所述固定支架能够在水平方向和垂直方向进行距离调节，所述固定支架上端安装有能够在水平方向和垂直方向转动的安装夹具；

（6）在所述安装夹具上安装电容式测位传感器一只，所述电容式测位传感器的测量面直接面对所述精密离心机的转台端面的中间部分；

（7）连接所述电容式测位传感器的电源，并用数字多用表读取所述电容式测位传感器的读数，记为Lmm；

（8）调整所述电容式测位传感器的角度；

（9）调整所述电容式测位传感器与所述精密离心机的转台之间的距离；

（10）转动所述精密离心机进行试验前，首先记录所述精密离心机的初始位置以及所述精密离心机转台的转动方向，判断首先经过所述电容式测位传感器的是所述转台的D点还是E点，进而判断所述加速度计安装位置A点经过所述电容式测位传感器的具体情况，所述A点经过所述电容式测位传感器的情况为以下四种循环模式之一：DEADEA…、DAEDAE…、EDAEDA…、EADEAD…；

（11）转动所述精密离心机进行试验，采用高速数据采集系统连续读取并记录所述电容式测位传感器的反馈数值，采集结果记为序列M_i，所述序列M_i至少包含有采自所述D点和所述E点的采样数据各1个，具体包含个数与所述凹槽的宽度和所述精密离心机转台的转速有关；

（12）分析所述序列M_i：由于所述凹槽导致所述D点和所述E点与所述电容式测位传感器之间的距离更大，所以采自所述D点和所述E点的采样数值与采自其它位置的采样数值相比有着明显的变化，结合步骤（10）中判断出的所述A点经过所述电容式测位传感器的情况，能够确定所述序列M_i中属于所述A点的数值；

（13）改变所述精密离心机转台的转速，重复步骤（10）至步骤（12），通过记录所述A点在不同离心加速度情况下的数值，完成所述转台式精密离心机动态半径的测量。

2.根据权利要求1所述的转台式精密离心机动态半径定位直接测量方法，其特征在于：所述步骤（8）的方法包括以下步骤：

（1）使所述电容式测位传感器面对所述转台端面的未开槽区域，调节所述固定支架的水平位置，使所述电容式测位传感器的读数L接近其最大量程的95%，此时固定所述固定支架的位置；

（2）保持其余条件不变，调节所述安装夹具的垂直方向角度，使所述电容式测位传感器的读数L接近其最小值，此时固定所述安装夹具；

（3）保持其余条件不变，调节所述安装夹具的水平方向角度，使所述电容式测位传感器的读数L接近其最小值，此时固定所述安装夹具。

3.根据权利要求1所述的转台式精密离心机动态半径定位直接测量方法，其特征在于：所述步骤（9）的方法为：读取所述电容式测位传感器当前的L读数，记为L₀，L₀满足以下式III的条件，若不满足则调节所述固定支架与所述精密离心机之间的水平距离直到满足以下式III的条件为止：

$L_0>\frac{{\mathrm{\δa}}_{\max }m}{K}$    式III

式III中，m为所述转台、所述固定支架、所述安装夹具和所述电容式测位传感器的总质量，单位kg，a_max为所述精密离心机设计最大加速度值，单位m/s²，K为所述精密离心机的转台材料的弹性系数，δ为动态半径测量系统的安全距离系数，取值3-5。

4.根据权利要求1所述的转台式精密离心机动态半径定位直接测量方法，其特征在于：所述步骤（12）中，所述序列M_i中属于所述A点的数值为一个或多个；为多个时，对多个所述数值进行平均值处理。

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