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CN111947683B - 一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法和装置 - Google Patents

一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法和装置，该方法包括：确定精密离心机半径误差离线测量与在线补偿的原始半径；通过测量计算，得到在不同测量温度点下被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值；根据确定的原始半径和得到的在不同测量温度点下被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值，通过线性插值解算，建立离心机半径补偿模型；将温度输入值代入离心机半径补偿模型进行解算，得到所述温度输入值下离心机的动态半径值。本发明实现了对由温度变化造成的精密离心机台面半径误差的测量和补偿。

Description

一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法和装置
技术领域
本发明属于精密离心机测量技术领域，尤其涉及一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法和装置。
背景技术
精密离心机用于惯导加速度计的性能指标测试，其性能直接决定了惯性导航和惯性制导系统的精度。被测加速度计的实际给定值，由工作时加速度计敏感质心(EMC)到回转中心的距离和离心机的转速共同决定。因此，在高精度加速度计测试过程中，除了要准确测量出离心机的转速外，还必须精确测量出其敏感质心(EMC)到回转中心的实际距离，即动态半径。对于需要在宽温度域中工作的加速度计，其测试也需要在高低温环境中进行，而用于测试的精密离心机的台面半径则会随着温度的变化而变化，进而对被测加速度计的动态半径造成影响。
如何实现对由温度变化造成的精密离心机台面半径误差的测量和补偿是本领域技术人员亟需解决的问题之一。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法和装置，实现了对由温度变化造成的精密离心机台面半径误差的测量和补偿。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法，包括：
确定精密离心机半径误差离线测量与在线补偿的原始半径；
通过测量计算，得到在不同测量温度点下被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值；
根据确定的原始半径和得到的在不同测量温度点下被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值，通过线性插值解算，建立离心机半径补偿模型；
将温度输入值代入离心机半径补偿模型进行解算，得到所述温度输入值下离心机的动态半径值。
在上述精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法中，在确定精密离心机半径误差离线测量的原始半径的步骤之前，还包括：
将离心机安装在基座上；
在离心机台面边缘处与离心机同基座、按180°对称方式布置两个立柱；
将电容位移传感器C1和电容位移传感器C2分别安装在两个立柱上；
将离心机台面、电容位移传感器C1和电容位移传感器C2置于温箱内。
在上述精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法中，选择的不同测量温度点满足：覆盖实际测试需求温度域；其中，测量温度点包括由低到高排列的等距温度点：T1、T2、…、Tn。
在上述精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法中，确定精密离心机半径误差离线测量与在线补偿的原始半径，包括：
将加速度计安装在离心机上，调整温箱内的温度为T1，并在T1温度下保温4小时，使离心机台面充分形变；
控制离心机以转速ω0转动，获取加速度计的输出量E0；
根据加速度计的输出量E0和预先在分度头上标定好的加速度计一次项值k1，反算出加速度计距离回转中心的实际距离；
将反算出的加速度计距离回转中心的实际距离确定为精密离心机半径误差离线测量与在线补偿的原始半径。
在上述精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法中，原始半径的表达式如下：
R0＝E0/(k1·ω0 2)
其中，R0表示原始半径。
在上述精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法中，在测量温度点Ti下，被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值的测量计算步骤如下：
调整温箱内的温度为Ti，并在Ti温度下保温4小时；
控制离心机运动，使得放置在离心机台面边缘处的被测件安装块的外沿基准面与两个电容位移传感器对准；
利用数据采集卡，采集得到在Ti温度下电容位移传感器C1的输出电压值U1i和电容位移传感器C2的输出电压值U2i；
根据电容位移传感器C1的位移/电压系数K1、电容位移传感器C2的位移/电压系数K2、输出电压值U1i和输出电压值U2i，计算得到在Ti温度下被测件安装块与电容位移传感器之间的位移值Li；
其中，i＝1、2、…、n。
在上述精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法中，
L1＝(K1·U11+K2·U21)/2
L2＝(K1·U12+K2·U22)/2
···
Ln＝(K1·U1n+K2·U2n)/2。
在上述精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法中，建立的离心机半径补偿模型如下：
Figure BDA0002590111980000031
其中，T表示实际测试需求温度域下的任一温度点，R表示经补偿后的离心机半径。
在上述精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法中，不同测量温度点所覆盖的实际测试需求温度域的范围为：-50℃～100℃。
相应的，本发明还公开了一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿装置，包括：基座、离心机、立柱Ⅰ、立柱Ⅱ、电容位移传感器C1、电容位移传感器C2和温箱；
离心机安装在基座上；
立柱Ⅰ和立柱Ⅱ在离心机台面边缘处与离心机同基座、按180°对称方式布置；
电容位移传感器C1安装在立柱Ⅰ上，电容位移传感器C2安装在立柱Ⅱ上；
离心机台面、电容位移传感器C1和电容位移传感器C2置于温箱内。
本发明具有以下优点：
本发明公开了一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方案，利用电容位移传感器可离线测量出离心机台面半径随温度变化情况，并由此给出线性插值分段函数，实际对加速度计开展测试时，只需根据温度值便可直接计算得出离心机实际台面半径，避免了在线测量的不确定性。
附图说明
图1是本发明实施例中一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿的步骤流程图；
图2是本发明实施例中一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
在本发明中，该精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法主要是针对温度变化引起的精密离心机台面半径误差离线测量和在线补偿。如图1，该精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法，包括：
步骤101，确定精密离心机半径误差离线测量与在线补偿的原始半径。
在本实施例中，在进行精密离心机半径误差离线测量与在线补偿之前，需要对装置进行装配：将离心机安装在基座上；在离心机台面边缘处与离心机同基座、按180°对称方式布置两个立柱；将电容位移传感器C1和电容位移传感器C2分别安装在两个立柱上；将离心机台面、电容位移传感器C1和电容位移传感器C2置于温箱内。
优选的，原始半径的确定流程可以如下：
1011)将加速度计安装在离心机上，调整温箱内的温度为T1，并在T1温度下保温4小时，使离心机台面充分形变。
1012)控制离心机以转速ω0转动(通常为1G)，获取加速度计的输出量E0。
1013)根据加速度计的输出量E0和预先在分度头上标定好的加速度计一次项值k1，反算出加速度计距离回转中心的实际距离。
1014)将反算出的加速度计距离回转中心的实际距离确定为精密离心机半径误差离线测量与在线补偿的原始半径。
由上述1011)～1014)得到的原始半径的表达式如下：
R0＝E0/(k1·ω0 2)
其中，R0表示原始半径。
步骤102，通过测量计算，得到在不同测量温度点下被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值。
在本实施例中，可先进行测量温度点的选择，选择的不同测量温度点满足：覆盖实际测试需求温度域。其中，选择的测量温度点可以包括：由低到高排列的等距温度点：T1、T2、…、Tn。例如，不同测量温度点所覆盖的实际测试需求温度域的范围可以为：-50℃～100℃。
优选的，对于测量温度点Ti(i＝1、2、…、n)，被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值的测量计算步骤如下：
1021)调整温箱内的温度为Ti，并在Ti温度下保温4小时。
需要说明的是，在进行Ti下的被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值的测量计算时，由于在步骤101中已经进行了Ti温度下的4小时保温，因此可以省略此步骤1021)，直接执行步骤1022)。
1022)控制离心机运动，使得放置在离心机台面边缘处的被测件安装块的外沿基准面与两个电容位移传感器对准。
1023)利用数据采集卡，采集得到在Ti温度下电容位移传感器C1的输出电压值U1i和电容位移传感器C2的输出电压值U2i。
1024)根据电容位移传感器C1的位移/电压系数K1、电容位移传感器C2的位移/电压系数K2、输出电压值U1i和输出电压值U2i，计算得到在Ti温度下被测件安装块与电容位移传感器之间的位移值Li。
优选的，采用上述方式，可得到在不同测量温度点下被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值：
L1＝(K1·U11+K2·U21)/2
L2＝(K1·U12+K2·U22)/2
···
Ln＝(K1·U1n+K2·U2n)/2
步骤103，根据确定的原始半径和得到的在不同测量温度点下被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值，通过线性插值解算，建立离心机半径补偿模型。
在本实施例中，建立的离心机半径补偿模型可以如下：
Figure BDA0002590111980000071
其中，T表示实际测试需求温度域下的任一温度点，R表示经补偿后的离心机半径。
步骤104，将温度输入值代入离心机半径补偿模型进行解算，得到所述温度输入值下离心机的动态半径值。
在本实施例中，在利用精密离心机对加速度计开展性能指标测试的实际应用中，可以将步骤103给出的离心机半径补偿模型嵌入到测试软件中，根据温度输入值直接计算出动态半径值。此外，对应测量温度点固定的测试流程，则可以根据步骤103给出的离心机半径补偿模型，事先计算出各测量温度点对应的动态半径值并制成表格，在实际应用时，直接查表即可。
在上述实施例的基础上，对一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿装置进行简单说明。
如图2，在本实施例中，该精密离心机半径误差离线测量与在线补偿装置，包括：基座、离心机、立柱Ⅰ、立柱Ⅱ、电容位移传感器C1、电容位移传感器C2和温箱。其中，离心机安装在基座上；立柱Ⅰ和立柱Ⅱ在离心机台面边缘处与离心机同基座、按180°对称方式布置；电容位移传感器C1安装在立柱Ⅰ上，电容位移传感器C2安装在立柱Ⅱ上；离心机台面、电容位移传感器C1和电容位移传感器C2置于温箱内。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法，其特征在于，包括：
确定精密离心机半径误差离线测量与在线补偿的原始半径；包括：将加速度计安装在离心机上，调整温箱内的温度为T1，并在T1温度下保温4小时，使离心机台面充分形变；控制离心机以转速ω0转动，获取加速度计的输出量E0；根据加速度计的输出量E0和预先在分度头上标定好的加速度计一次项值k1，反算出加速度计距离回转中心的实际距离；将反算出的加速度计距离回转中心的实际距离确定为精密离心机半径误差离线测量与在线补偿的原始半径；
通过测量计算，得到在不同测量温度点下被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值；其中，在测量温度点Ti下，被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值的测量计算步骤如下：调整温箱内的温度为Ti，并在Ti温度下保温4小时；控制离心机运动，使得放置在离心机台面边缘处的被测件安装块的外沿基准面与两个电容位移传感器对准；利用数据采集卡，采集得到在Ti温度下电容位移传感器C1的输出电压值U1i和电容位移传感器C2的输出电压值U2i；根据电容位移传感器C1的位移/电压系数K1、电容位移传感器C2的位移/电压系数K2、输出电压值U1i和输出电压值U2i，计算得到在Ti温度下被测件安装块与电容位移传感器之间的位移值Li；i＝1、2、…、n；
根据确定的原始半径和得到的在不同测量温度点下被测件安装块与两个电容位移传感器之间的位移值，通过线性插值解算，建立离心机半径补偿模型：
Figure FDA0003599357600000021
其中，T表示实际测试需求温度域下的任一温度点，R表示经补偿后的离心机半径；
将温度输入值代入离心机半径补偿模型进行解算，得到所述温度输入值下离心机的动态半径值。
2.根据权利要求1所述的精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法，其特征在于，在确定精密离心机半径误差离线测量的原始半径的步骤之前，还包括：
将离心机安装在基座上；
在离心机台面边缘处与离心机同基座、按180°对称方式布置两个立柱；
将电容位移传感器C1和电容位移传感器C2分别安装在两个立柱上；
将离心机台面、电容位移传感器C1和电容位移传感器C2置于温箱内。
3.根据权利要求2所述的精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法，其特征在于，选择的不同测量温度点满足：覆盖实际测试需求温度域；其中，测量温度点包括由低到高排列的等距温度点：T1、T2、…、Tn。
4.根据权利要求1所述的精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法，其特征在于，原始半径的表达式如下：
R0＝E0/(k1·ω0 2)
其中，R0表示原始半径。
5.根据权利要求1所述的精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法，其特征在于，
L1＝(K1·U11+K2·U21)/2
L2＝(K1·U12+K2·U22)/2
···
Ln＝(K1·U1n+K2·U2n)/2。
6.根据权利要求1所述的精密离心机半径误差离线测量与在线补偿方法，其特征在于，不同测量温度点所覆盖的实际测试需求温度域的范围为：-50℃～100℃。
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