专利名称：低转速测量校准仪及校准方法
技术领域：
本发明涉及一种对转台等低转速运动的设备的现场测量校准的低转速测量校准方法。
背景技术：
转台是用于航空、航天、航海、兵器及大地测量等领域中惯性器和惯性系统性能测试所用的测试设备。主要用于测试飞行器和武器装备中惯性器件和惯性系统的指标是否满足要求，并给出其状态参数的修正或校验结果。惯性器件和惯性系统是导航与制导系统的核心，是精确打击武器的重要组成部分。转台已成为现代战争中支撑飞行器和武器装备发挥战斗力的重要的技术装备。
转台的特点是其运行的转速低，其转速范围一般为0.00001°/s～1000°/s，用常规的转速检测方法(测周法)显然是不现实的。
目前在低速测量时采用的主要方法有以下几种1.定角测时法，定角的角度信号由转台自身的角位置测量系统给出，将转台定角信号接入数字频率计，运转平稳后测量时间；2.定时测角法，根据转速选择定时间隔，转台运行平稳后，按定时间隔信号读取转台自身的角位置测量系统的数字显示值。两种方法中定角信号都是直接用到了被测设备自身的测角信号作为标准量来计算其转速。被测设备自身的测角信号的准确与否，必须先对转台的角位置测量系统进行校准，角位置测量系统的校准则需采用光电自准直仪与棱体(或多齿分度台)来校准。然而转台的生产厂家是否给用户留有同步定角角度信号，以及定时间隔信号是否可同步锁存转台测量系统的测量值等问题同样制约着对转台的现场校准工作。
3.采用光电自准直仪测量平面镜随被测轴转过的小角度的同时，用手掐秒表测量转过该角度的时间的办法来计算转速。该种方法的缺点是测量的角度大小受自准直仪的测量范围限制，一般在几十个角秒，同时用人掐秒表受认为的反应时间影响，很难提高测量的准确度和测量过程的自动化。
发明内容
本发明的目的是提供一种间隔信号可同步锁存、测量准确度高的低转速测量校准仪及校准方法。
本发明的技术方案是，校准仪包括一个光栅和光栅座，专用芯轴，螺母，读数头，还包括一个时间基准发生卡和细分电路和计算机处理系统；光栅通过螺钉安装在光栅座上；用螺钉与压板将专用芯轴压紧在转台台上，光栅座装入芯轴；读数头固定安装在转台机座上或其他相对转动轴运动静止的地方，并与细分电路连接，细分电路的输出端接与计算机处理系统，时间基准发生卡接于细分电路和计算机处理系统。
光栅座有一锥度为15°的光栅安装面，中心有一直径为φ25的安装孔。
所说的芯轴上有一直径为φ25的安装基准轴，该处即可安装光栅座，在需要时也可安装多面棱体。在芯轴的侧面开有宽15mm长35mm顶部呈半圆行的槽，可在测试有引出导线的轴端方便使用。
其测量校准方法是，采用光栅做为测角元件，(1)转动转台轴，调整芯轴，使其回转轴线与转台轴的回转轴线重合；(2)将装有光栅的光栅座装入专用芯轴，螺母并将其压紧；(3)调整读数头与光栅[1]的距离和角度，转动光栅一周，使读数头工作正常。
(4)读数头[5]输出信号和时间基准发生卡的输出信号同时输入细分计数卡，经计算机采集处理系统对信号进行处理；(5)在程序中界面上设置所需测量的转速、测量次数、测量角度间隔大小，开始测量，计算出该转速的精度、平稳性和A类测量不确定度，保存结果。
所说的时间基准发生卡的输出信号可同步锁存光栅在该时刻的位置信息，时间准确度1×10-6。
计算机采集处理系统对信号进行处理步骤是，(1)依据所需测量的转速、测量次数、测量角度间隔大小，开始测量的步骤；(2)确定转速率给定值是否≥0.005°/s的步骤，是，进入(3)，否，进入(9)
(3)计算测量时间的步骤；(4)采集零位的步骤；(5)数据采集的步骤；采集每一时刻的角度信号；(6)确定测量时间是否已到步骤(3)计算的测量时间的步骤，是，进入(7)，否，返回至(5)；(7)计算速率的步骤；(8)速率显示的步骤；(9)计算角度间隔的步骤；(10)采集零位的步骤；(11)数据采集的步骤；采集每一时刻的角度信号；(12)确定角度间隔是已到步骤(9)计算的测量时间的步骤，是，进入(13)，否，返回至(11)；(13)计算速率的步骤，进入(8)。
本发明的优点是由于采用高精度光栅作为测角元件，使用专用光栅座和芯轴使光栅与被测轴一起转动，读数头安装在静止的机座上，利用干涉测量原理，并对信号进行细分和同步采集等处理，可实现对转台等设备低转速的现场测量校准。采用细分电路提高测量分辨率，同步时钟控制，测量校准低转速时测量的角度大小可根据需要随意设定，采用对径安装读数头的方式，减小安装偏心带来的误差，测量准确度高，可实现低转速设备的现场测量校准。同时，结构简单，操作使用方便。
图1是本发明的测量原理示意图；图2是本发明的光栅座结构图；图3是本发明的专用芯轴图；图4是本发明的测量程序流程图。
具体实施例方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，本发明包括一个高精度光栅[1]和光栅座[2]，通过螺钉将光栅[1]固定在光栅座[2]；利用转台台面或轴端螺钉孔，用螺钉与压板将专用芯轴[3]压紧，转动转台轴，调整芯轴3，使其回转轴线与转台轴的回转轴线重合，在芯轴3上安装光栅座[2]，用螺母[4]将光栅座2固定在芯轴3上。光栅座2有一锥度为15°的光栅安装面A，中心有一直径为φ25的安装孔B。
芯轴3上有一直径为φ25的安装基准轴C，该处即可安装光栅座，在需要时也可安装多面棱体。在芯轴3的侧面开有宽15mm长35mm顶部呈半圆行的槽D，可在测试有引出导线的轴端方便使用。
将读数头5固定安装在转台机座上或其他相对转动轴运动静止的地方，调整读数头5与光栅1的距离和角度位置，转动被测轴一周，使读数头工作正常。将读数头5的输出信号送给细分电路6，细分电路6采用IK220，同时将时间基准发生卡7的输出信号接给细分电路6，时间基准发生卡采用PCI-xxx，运行计算机采集系统8中的测量程序，在程序中界面上设置所需测量的转速、测量次数、测量角度间隔大小，开始测量。其处理步骤是，(1)依据所需测量的转速、测量次数、测量角度间隔大小，开始测量的步骤；(2)确定转速率给定值是否≥0.005°/s的步骤，是，进入(3)，否，进入(9)(3)计算测量时间的步骤；(4)采集零位的步骤；(5)数据采集的步骤；采集每一时刻的角度信号；(6)确定测量时间是否已到步骤(3)计算的测量时间的步骤，是，进入(7)，否，返回至(5)；(7)计算速率的步骤；(8)速率显示的步骤；(9)计算角度间隔的步骤；(10)采集零位的步骤；(11)数据采集的步骤；采集每一时刻的角度信号；(12)确定角度间隔是已道步骤(9)计算的测量时间的步骤，是，进入(13)，否，返回至(11)；(13)计算速率的步骤，进入(8)。
实施例一校准某型转台(1)转动转台轴，调整芯轴，使其回转轴线与转台轴的回转轴线重合；
(2)将装有光栅的光栅座装入专用芯轴，螺母并将其压紧；(3)调整读数头与光栅[1]的距离和角度，转动光栅一周，使读数头工作正常。
(4)读数头输出信号和时间基准发生卡的输出信号同时输入细分计数卡，经计算机采集处理系统对信号进行处理；(5)运行转台，使其在某一角速率下运转，以1°/s为例；(5)启动低转速测量校准仪的测量程序；(6)在程序界面上输入转台运行的名义值1°/s，输入测量的定角间隔10°，测量次数10；(7)测量程序根据名义值和定角间隔计算出测量一次的时间10s；(8)时间基准发生卡根据测量时间间隔发出同步脉冲锁存该时刻的角度信号；(9)根据每两次同步脉冲锁存的角度信号计算出在该时间间隔内转台实际转过的角度值，用该角度值除以1s，即可测得到转台运行的角速率；(10)根据10次测量的结果计算出测量平均值为0.99976108°/s，测量值与名义值的偏差2.4×10-4，速率平稳性2.4×10-4。保存结果。
(11)重复步骤(5)～(10)，进行下一角速率测试。
下面给出本发明校准某转台的测量结果
实验表明本发明采用高精度的光栅为测角元件，采用同步时钟进行时间测量，在校准低转速时，定角间隔可根据需要任意设定，结构简单，操作使用方便，可自动完成测试校准，测量准确度高。
权利要求
1.一种低转速测量校准仪，其特征是，校准仪包括一个光栅[1]和光栅座[2]，专用芯轴[3]，螺母[4]，读数头[5]，还包括一个时间基准发生卡[7]和细分电路[6]和计算机处理系统[8]；光栅[1]通过螺钉安装在光栅座[2]上；用螺钉与压板将专用芯轴[3]压紧在转台台上，光栅座装入芯轴；读数头[5]固定安装在转台机座上或其他相对转动轴运动静止的地方，并与细分电路连接，细分电路的输出端接与计算机处理系统[8]，时间基准发生卡[7]接于细分电路[6]和计算机处理系统[8]。
2.一种利用权利要求1所述低转速测量校准仪的低转速测量校准方法，其特征在于采用光栅做为测角元件，(1)转动转台轴，调整芯轴，使其回转轴线与转台轴的回转轴线重合；(2)将装有光栅[1]的光栅座[2]装入专用芯轴[3]，螺母[4]并将其压紧；(3)调整读数头[5]与光栅[1]的距离和角度，转动光栅[1]一周，使读数头工作正常；(4)读数头[5]输出信号和时间基准发生卡[6]的输出信号同时输入细分计数卡[7]，经计算机采集处理系统[8]对信号进行处理；(5)在程序中界面上设置所需测量的转速、测量次数、测量角度间隔大小，开始测量，计算出该转速的精度、平稳性和A类测量不确定度，保存结果。
3.根据权利要求1所述的低转速校准仪，其特征在于光栅座有一锥度为15°的光栅安装面，中心有一直径为φ25的安装孔。
4.根据权利要求1所述的低转速校准仪，其特征在于所说的芯轴上有一直径为φ25的安装基准轴，该处即可安装光栅座，在需要时也可安装多面棱体。在芯轴的侧面开有宽15mm长35mm顶部呈半圆行的槽。
5.根据权利要求2所述的低转速校准方法，其特征在于所说的时间基准发生卡的输出信号可同步锁存光栅在该时刻的位置信息，时间准确度1×10-6。
6.根据权利要求2所述的低转速校准方法，其特征在于计算机采集处理系统[8]对信号进行处理步骤是，(1)依据所需测量的转速、测量次数、测量角度间隔大小，开始测量的步骤；(2)确定转速率给定值是否≥0.005°/s的步骤，是，进入(3)，否，进入(9)(3)计算测量时间的步骤；(4)采集零位的步骤；(5)数据采集的步骤；采集每一时刻的角度信号；(6)确定测量时间是否已到步骤(3)计算的测量时间的步骤，是，进入(7)，否，返回至(5)；(7)计算速率的步骤；(8)速率显示的步骤；(9)计算角度间隔的步骤；(10)采集零位的步骤；(11)数据采集的步骤；采集每一时刻的角度信号；(12)确定角度间隔是已到步骤(9)计算的测量时间的步骤，是，进入(13)，否，返回至(11)；(13)计算速率的步骤，进入(8)。
全文摘要
本发明涉及一种对转台等低转速运动的设备的现场测量校准的低转速测量校准方法。它是采用光栅做为测角元件，光栅及光栅座与专用芯轴固定在转台台面上，转动转台轴，调整芯轴，使其回转轴线与转台轴的回转轴线重合；调整读数头与光栅的距离和角度，读数头输出信号和时间基准发生卡的输出信号同时输入细分计数卡，经计算机采集处理系统对信号进行处理。由于采用高精度光栅作为测角元件，使用专用光栅座和芯轴使光栅与被测轴一起转动，读数头安装在静止的机座上，对信号进行细分和同步采集等处理，提高了测量分辨率，同步时钟控制，测量角度大小可根据需要随意设定，读数头对径安装，减小了安装偏心带来的误差，测量准确度高，实现低转速设备的现场测量校准。
文档编号G01M99/00GK1851469SQ200610087489
公开日2006年10月25日 申请日期2006年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者张力, 彭军, 何群 申请人:中国航空工业第一集团公司北京长城计量测试技术研究所