CN106771365B - 一种角速度传感器标定用执行装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角速度传感器标定用执行装置，包括固定在角速度测量固定底板上的电机，电机的输出轴通过联轴器连接角速度测定轴，角速度测定轴通过轴承固定在角速度测量固定底板上，角速度测定轴的输出端安装有一个用于固定角速度传感器并带动其同轴转动的角速度转盘，在角速度测定轴上位于角速度转盘后方处套接有导电滑环。本发明还公开了利用该执行装置进行角速度传感器标定的方法。本发明的执行装置结构简单，成本低，利用本发明的执行装置标定角速度传感器可以根据不同角速度传感器的工作环境需要，在指定的环境下对角速度传感器进行标定，验证其灵敏度，线性度，迟滞性等参数，精度高。

Description

一种角速度传感器标定用执行装置及标定方法

技术领域

本发明涉及一种用于标定角速度传感器的执行装置，以及利用该执行装置进行角速度传感器标定的方法，属于传感器的标定领域。

背景技术

传感器标定就是利用精度高一级的标准器具对传感器进行定度的过程，从而确立传感器输出量和输人量之间的对应关系。同时也确定不同使用条件下的误差关系。标定的基本方法是，利用标准仪器产生已知的非电量作为输入量，输入到待标定的传感器中，然后将传感器的输出量和输入的标准量相比较，获得一系列标准数据或曲线。根据试验数据确定传感器的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量精度。

角速度传感器是一种利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置检测被测物角速度信号并转换成可用输出信号的测量仪器，也称为机械陀螺仪。现有的角速度传感器标定存在精度不够高，或者成本太大的问题。通常在较高转速下，机器的震动和噪声非常大。这主要是由于高速转动时，微小的不平衡都会被无限放大造成的。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是，提供一种成本低，标定时精度相对又高的角速度传感器标定用执行装置。

本发明所采用的角速度传感器标定用执行装置，包括固定在角速度测量固定底板上的电机，电机的输出轴通过联轴器连接角速度测定轴，角速度测定轴通过轴承固定在角速度测量固定底板上，角速度测定轴的输出端安装有一个用于固定角速度传感器并带动其同轴转动的角速度转盘，在角速度测定轴上位于角速度转盘后方处套接有导电滑环。

进一步地，所述联轴器为由绝缘材料制成的绝缘联轴器，使得执行装置在通电转动时与外界绝缘，不影响到角速度传感器的工作性能以及操作人员的人身安全。

进一步地，所述电机配置有电机座上，角速度测定轴上位于导电滑环后方处套接有用于固定导电滑环的导电滑环固定座，电机座和导电滑环固定座均固定在角速度测量固定底板上。

进一步地，所述轴承包括位于设置在角速度测定轴输入端的角速度固定轴承以及设置在导电滑环后方的双轴承。

进一步地，所述角速度转盘包括圆形的底盘，底盘的中心开设有连接角速度测定轴输出端的固定轴孔，底盘的正面外部凸起设置有若干个均匀分布的绕线块，在相邻两个绕线块之间的空隙为绕线缺口；所述底盘上还均匀设置有若干个插头孔以及若干个捆扎柱；所述底盘上位于固定轴孔周围均匀设置有若干个用于安装固定角速度传感器的可更换夹具的夹具固定孔。

进一步地，所述每个捆扎柱均设置在一穿绳孔内，所述穿绳孔包括均匀设置于底盘上且位置相对靠近固定轴孔的内穿绳孔以及设置于底盘边缘且位于绕线缺口对应处的外穿绳孔，所述捆扎柱包括若干个内捆扎柱和若干个外捆扎柱，内捆扎柱横向设置于内穿绳孔内，外捆扎柱横向设置于外穿绳孔外侧。

以上穿绳孔对应捆扎柱，插头孔的数量只要满足所标定的角速度传感器的要求即可，前者要保证测定时转盘转动的均衡性，后者能满足角速度传感器的导线数量与测定要求即可，使转速能够有效转化为电压信号进行传递。

进一步地，所述绕线块沿底盘边缘呈弧面，两端向内弯折。

进一步地，所述角速度转盘的底盘侧面对称设置有一组螺纹孔，螺纹孔内设置有螺钉。

本发明还提供了一种利用前述执行装置标定角速度传感器的方法，主要包括两个步骤：

(1)、PC端通过伺服驱动控制执行装置中的电机，使之拥有一个确定的转速，从而使固定在执行装置末端的角速度传感器拥有该确定的转速，角速度传感器将该确定的转速以电压信号传递给测量仪器，再由测量仪器将电压输出信号传递给PC端，

(2)、以不同的转速，重复步骤(1)，使一组不同的确定转速得到一组正相关的电压输出信号，由PC端生成该角速度传感器的标定报告；

其中，所述角速度传感器通过可更换夹具固定在角速度转盘上，角速度传感器的导线均匀缠绕于角速度转盘的绕线块上，并通过捆扎绳捆扎，导线插头插接在角速度转盘上的插头孔上。

进一步地，所述可更换夹具包括安装面以及垂直于安装面的垂直面，安装面通过夹具固定孔固定在角速度转盘上；角速度传感器通过分别固定在安装面和垂直面上，使角速度传感器的X、Y、Z轴分别与执行装置旋转轴重合，分别得到X、Y、Z轴的数据，通过PC端画出输入量与输出量之间的对应关系曲线并确定角速度传感器的各项性能指标。

本发明各部件组合及连接关系合理，可以有效起到减震作用，最大程度降低标定误差。本发明的有益效果具体描述为：

1、角速度传感器在标定过程中，固定在执行装置末端的轴心上，确保其实际转速与转盘的转速相同，并且不会松动导致标定结果的偏差。角速度传感器通过可更换夹具固定在该标定执行装置末端的角速度转盘上，并可以将角速度传感器的导线均匀缠绕在角速度转盘上，并用捆扎线将其捆扎使其质量均匀，保证其在高速转动时不松动，插头孔均匀分布在转盘表面，连接传感器导线插头以保证动平衡及数据传输，同时在转盘的侧面带有对称的螺纹孔及螺钉，通过螺钉松紧的调节，使其达到动平衡，使得在其高速转动时的离心力较小，产生的震动，噪声等不良影响减少。

2、角速度测量轴使用双轴承对心固定，充分保证旋转时的同轴度，减小噪声，以及震动对仪器寿命的损伤，尽可能多的消除高速转动时的不平衡而导致的对仪器不利的震动等影响。

3、采用导电滑环装置，使得在角速度测量轴转动时，测量仪器与传感器之间能够360度时刻保持线路接通，及时获得所测数据。

4、角速度传感器分别固定在可更换固定夹具的安装面，垂直面，分别使角速传感器的X、Y、Z轴与执行装置的旋转轴重合，从而实现三维角速度的测量，且转换方便。

总之，本发明的执行装置结构简单、合理且成本低，利用本发明的执行装置标定角速度传感器可以根据不同角速度传感器的工作环境需要，在指定的环境下对角速度传感器进行标定，验证其灵敏度，线性度，迟滞性等参数，精度高。本发明的执行装置尤其适应于高转速(1800-2000转/分钟)的角速度传感器的标定。

附图说明

图1为本发明角速度传感器标定用执行装置的结构示意图；

图2为转盘的结构示意图；

图3为图2的左视结构示意图；

图4为可更换夹具的结构示意图；

图5为可更换夹具安装在转盘上，角速度传感器固定该可更换夹具的安装面上时的结构示意图；

图6为可更换夹具安装在转盘上，角速度传感器固定该可更换夹具的垂直面上时的结构示意图；

图7为可更换夹具安装在转盘上，角速度传感器固定该可更换夹具的垂直面上另一种体态时的结构示意图

图8为本发明所述标定方法的流程示意图。

图中附图标记，1-角速度测量固定底板，2-电机，3-电机座，4-联轴器，5-角速度测量轴，6-角速度固定轴承，7-双轴承，8-导电滑环固定座，9-导电滑环，10-角速度转盘，10.1-底盘，10.1.1-外穿绳孔，10.1.2-外捆扎柱，10.2-安装轴套，10.3-绕线块，10.4-固定轴孔，10.5-绕线缺口，10.6-内穿绳孔，10.6.1-内捆扎柱，10.7-夹具固定孔，10.8-插头孔，10.9-螺纹孔，11-角速度传感器，12.1-安装面，12.2-垂直面。

具体实施方式

下面结合实施例，更具体地阐述本发明的内容。本发明的实施并不限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通或改变都应在本发明的保护范围内。

实施例1：

本发明的角速度传感器标定用执行装置，如图1所示(图1主要是各个部件的连接位置关系的表达，具体细节展现在相应部件的单独附图中)，该执行装置包括角速度测量固定底板1，角速度测量固定底板1上设置有电机座3，电机座3内安装有电机2，电机2的输出轴通过由绝缘材料制成的联轴器4连接角速度测定轴5，并且在联轴器4和角速度测定轴5之间设置有角速度固定轴承6，角速度测定轴5上设置有将其固定的双轴承7。在角速度测定5的输出端安装有一个用于固定角速度传感器11并带动角速度传感器11同轴转动的角速度转盘10，在角速度测定轴5上位于角速度转盘10后方处套接有导电滑环9，角速度测定轴5上位于导电滑环9后方处套接有用于固定导电滑环9的导电滑环固定座8，导电滑环固定座8固定在角速度测量固定底板1上。

角速度转盘10的结构如图2、3所示，包括圆形的底盘10.1，底盘10.1的中心开设有连接角速度测定轴5输出端的固定轴孔10.4，底盘10.1的背面设置有安装轴套10.2，使之更好地固定于角速度测定轴5的输出端上。底盘10.1的正面沿底盘10.1边缘均匀设置有若干个呈弧面状的绕线块10.3(本实施例有4个绕线块10.3均匀对称设置)，且绕线块10.3的两端向内弯折，在相邻两个绕线块10.3之间的空隙为绕线缺口10.5，方便绕线。

在底盘10.1上还设置有若干个矩形的内穿绳孔10.6、若干个圆形的插头孔10.8，均绕底盘10.1的圆心孔均匀排列，本实施例以三个内穿绳孔10.6、三个插头孔10.8间隔排列设置。内穿绳孔10.6内横向设置(即跨过该内穿绳孔10.6)有一内捆扎柱10.6.1；在底盘10.1上位于绕线缺口10.5对应位置处，开设有外穿绳孔10.1.1，在外穿绳孔10.1.1的外侧，也就是底盘10.1的边缘处横向设置有外捆扎柱10.1.2。角速度传感器11的导线缠绕在绕线块10.3上，用捆扎绳捆扎牢固，捆扎绳固定在内捆扎柱10.6.1或外捆扎柱10.1.2上，防止松开。角速度传感器11的导线插头插接在插头孔10.8处。

在所述底盘10.1上位于固定轴孔10.4周围还均匀设置有一组用于安装固定角速度传感器的可更换夹具的夹具固定孔10.7。

如图3所示，在所述角速度转盘10的底盘10.1侧面对称设置有一组螺纹孔10.9，螺纹10.9孔内设置有螺钉，通过螺钉松紧的调节，使其达到动平衡，使得在其高速转动时的离心力较小，产生的震动，噪声等不良影响减少。

角速度传感器11通过可更换夹具固定在角速度转盘10上，该可更换夹具如图4所示，包括安装面以及垂直于安装面的垂直面。

利用前述的执行装置标定角速度传感器的方法，参考图8所示的流程示意图。

在具体操作前，先备温度计和湿度计，根据不同的工作条件确定实验操作温度，湿度。因为不同的试验温度和湿度对传感器的工作性能会造成很大的影响，所以角速度传感器的标定需要与现实工作环境相对应。然后依次进行如下操作：

(1)、打开各仪器的电源，将伺服驱动与PC端正确连接，以保证其提供各确定值的转速。

(2)、将执行装置固定在工作桌面上，防止其在高速转动时产生振动。

(3)、将角速度传感器11用螺丝刀固定安装在可更换夹具的安装面上(如图5所示)，并使角速度传感器11的其中一个轴，假定为X轴与执行装置的旋转轴重合，将角速度传感器11的导线合理均匀缠绕在角速度转盘10的绕线块10.3上，并用捆扎绳捆扎，然后进行侧面螺钉调节动平衡。

(4)、根据不同角速度传感器的测量范围，将其分成若干个等距点，根据测量范围的分点情况，在PC端上设定最小的转速值，通过伺服驱动控制电机2工作，使执行装置以相同的转速转动，并带动角速度传感器11的转动。

(5)、角速度传感器11将电压模拟信号传递给测量仪器，采集数据测量仪器上显示的输出电压值稳定后，记录该输出量。测量仪器还作为高性能电源供电对角速度传感器11提供激励电压，保证其正常工作。

(6)、将计算机设定的角速度值从小到大依次提升，重复操作步骤5，得到各个点的原始标定数据。

(7)、X轴标定结束以后，将角速度传感器11拆除，重新将角速度传感器11固定于垂直面上(如图6所示)，使角速度传感器11的另一个轴，假定为Y轴与执行装置的旋转轴重合，重复步骤1-6。

(8)、调整角速度传感器11的体态(如图7所示)，使角速度传感器11的第三个轴，Z轴与执行装置的旋转轴重合，重复步骤1-6。

(9)、处理标定数据，画出输入量与输出量之间的对应关系曲线图并确定传感器的各项性能指标。

即通过上述步骤，测定了角速度传感器11在X、Y、Z三个方向的标定。

Claims (9)

1.一种角速度传感器标定用执行装置，其特征在于：该执行装置包括固定在角速度测量固定底板(1)上的电机(2)，电机(2)的输出轴通过联轴器(4)连接角速度测定轴(5)，角速度测定轴(5)通过轴承固定在角速度测量固定底板(1)上，角速度测定轴(5)的输出端安装有一个用于固定角速度传感器并带动其同轴转动的角速度转盘(10)，在角速度测定轴(5)上位于角速度转盘(10)后方处套接有导电滑环(9)，

所述角速度转盘(10)包括圆形的底盘(10.1)，底盘(10.1)的中心开设有连接角速度测定轴(5)输出端的固定轴孔(10.4)，底盘(10.1)的正面外部凸起设置有若干个均匀分布的绕线块(10.3)，在相邻两个绕线块(10.3)之间的空隙为绕线缺口(10.5)；所述底盘(10.1)上还均匀设置有若干个插头孔(10.8)以及若干个捆扎柱；所述底盘(10.1)上位于固定轴孔(10.4)周围均匀设置有若干个用于安装固定角速度传感器的可更换夹具的夹具固定孔(10.7)。

2.根据权利要求1所述角速度传感器标定用执行装置，其特征在于：所述联轴器(4)为由绝缘材料制成的绝缘联轴器。

3.根据权利要求1所述角速度传感器标定用执行装置，其特征在于：所述电机(2)配置有电机座(3)上，角速度测定轴(5)上位于导电滑环(9)后方处套接有用于固定导电滑环(9)的导电滑环固定座(8)，电机座(3)和导电滑环固定座(8)均固定在角速度测量固定底板(1)上。

4.根据权利要求1所述角速度传感器标定用执行装置，其特征在于：所述轴承包括位于设置在角速度测定轴(5)输入端的角速度固定轴承(6)以及设置在导电滑环(9)后方的双轴承(7)。

5.根据权利要求1所述角速度传感器标定用执行装置，其特征在于：每个所述捆扎柱均设置在一穿绳孔内，所述穿绳孔包括均匀设置于底盘(10.1)上且位置相对靠近固定轴孔(10.4)的内穿绳孔(10.6)以及设置于底盘(10.1)边缘且位于绕线缺口(10.5)对应处的外穿绳孔(10.1.1)，所述捆扎柱包括若干个内捆扎柱(10.6.1)和若干个外捆扎柱(10.1.2)，内捆扎柱(10.6.1)横向设置于内穿绳孔(10.6)内，外捆扎柱(10.1.2)横向设置于外穿绳孔(10.1.1)外侧。

6.根据权利要求1所述角速度传感器标定用执行装置，其特征在于：所述绕线块(10.3)沿底盘(10.1)边缘呈弧面，两端向内弯折。

7.根据权利要求1所述角速度传感器标定用执行装置，其特征在于：所述角速度转盘(10)的底盘(10.1)侧面对称设置有一组螺纹孔(10.9)，螺纹孔(10.9)内设置有螺钉。

8.一种利用权利要求1-7所述执行装置标定角速度传感器的方法，其特征在于：该标定方法为，

(1)、PC端通过伺服驱动控制执行装置中的电机，使之拥有一个确定的转速，从而使固定在执行装置末端的角速度传感器拥有该确定的转速，角速度传感器将该确定的转速以电压信号传递给测量仪器，再由测量仪器将电压输出信号传递给PC端，

(2)、以不同的转速，重复步骤(1)，使一组不同的确定转速得到一组正相关的电压输出信号，由PC端生成该角速度传感器的标定报告；

所述角速度传感器通过可更换夹具固定在角速度转盘(10)上，角速度传感器的导线均匀缠绕于角速度转盘(10)的绕线块(10.3)上，并通过捆扎绳捆扎，导线插头插接在角速度转盘(10)上的插头孔(10.8)上。

9.根据权利要求8所述标定角速度传感器的方法，其特征在于：所述可更换夹具包括安装面以及垂直于安装面的垂直面，安装面通过夹具固定孔(10.7)固定在角速度转盘上；角速度传感器通过分别固定在安装面和垂直面上，使角速度传感器的X、Y、Z轴分别与执行装置旋转轴重合，分别得到X、Y、Z轴的数据，通过PC端画出输入量与输出量之间的对应关系曲线并确定角速度传感器的各项性能指标。