专利名称：一种面向动量轮的三自由度振动频谱测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种振动频谱测量系统，尤其涉及一种面向动量轮的三自 由度振动频谱测量系统，主要应用于空间应用动量轮的振动信号测量。
背景技术：
作为卫星的高频振动源，动量轮的振动问题是制约航天器姿态控制精度和
稳定度提高的主要因素之一。早在上世纪70年代美国就开始了动量轮振动测 量技术的相关研究工作，研究动量轮的振动特性。近些年来日本也开展了动量 轮振动问题的研究并开发了 一套气浮式振动测量系统。国外所研究的动量轮振 动测量技术均采用直接测量方式，这种测量方式测量精度比较高，但是由于动 量轮的机械安装接口比较固定，不利于针对不同接口的动量轮进行测量。国内 目前尚没有开展面向动量轮振动的测量技术研究，在相关研究课题中主要参考 国外发表文献中所给出的动量轮振动数据进行有关研究。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题是克月良现有技术的不足，提供一种面向动量 轮的三自由度振动频语测量系统，通过将动量轮安装在振动传递装置上即可进 行多种型号动量轮的三自由度振动测试，该测量系统结构组成筒单、4吏用灵活， 操作方便。
本实用新型的技术解决方案是 一种面向动量轮的三自由度振动频语测量 系统，包括振动传递装置、三轴传感器、动态信号分析仪、数据处理计算机， 动量轮、三轴传感器均安装在振动传递装置上，三轴传感器通过振动传递装置 测量动量轮与振动传递装置的振动信号，动态信号分析仪接收三轴传感器的输 出振动信号和测量系统的脉冲频响特性信号并进行频谱分析，数据处理计算机 与动态信号分析仪相连接得到动量轮的振动频谱。所述的振动传递装置由对称分布的两块支承板和安装板组成，安装板焊接
在距支承板一侧三分之一距离处，支承板通过压板固定在试验台上；安装板的 上部均布四个螺钉孔和一个传感器定位孔，动量轮通过四个螺钉安装在安装板
上，三轴传感器通过传感器定位孔安装在安装板上，所述三轴传感器的Z轴与 动量轮的旋转轴保持同轴，Y轴固定在竖直方向，X轴固定在水平方向。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是本实用新型中以动量轮作为测 量对象，提供了动量轮振动测量的一种手段，通过将动量轮和三轴传感器安装 在振动传递装置上，有利于三轴传感器的固定和测量，由于振动传递装置结构 形式灵活，简单，操作方便，并有利于批量化生产和装配，较国外的测量技术 更具有可推广性，通过改变振动传递装置的机械结构、尺寸和形式能够使其推 广应用到不同系列的航天机电部件和驱动机构振动测量工作中。
图1为本实用新型的系统组成图2为本实用新型动量轮、三轴传感器与振动测量装置的安装示意图； 图3为本实用新型测量系统的脉冲频响特性图，其中3 (a)为测量系统X
方向的脉冲频响特性图，图3 (b)为测量系统Y方向的脉冲频响特性图，图3 (c)为测量系统Z方向的脉冲频响特性图4为本实用新型动量轮振动数据补偿前后的频谱图，图4 (a)为动量轮
振动数据补偿前的频语图，图4 (b)为动量轮振动数据补偿后的频谱图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括振动传递装置、三轴传感器、动态信号分析 仪、数据处理计算机，三轴传感器通过振动传递装置测量动量轮与振动传递装 置的振动信号，动态信号分析仪接收三轴传感器的输出振动信号和测量系统的 脉冲频响特性信号并进行频谱分析，数据处理计算机利用动态信号分析仪输出 的频谱分析结果得到动量轮的振动频语。
其中三轴传感器采用三自由度集成IC压电式加速度传感器，用于测量动量轮振动加速度信号。
如图2所示，振动传递装置采用L型结构，包括对称分布的两块支承板1 和安装板2两部分，支承板1和安装板2通过焊接方式连接，支承板1通过压 板4固定在试验台5上，以使振动传递装置能够保证安全地支承动量轮6，并 具有良好的振动传递性能。动量轮6的安装接口由安装板2提供，在安装板2 上部直径为70mm的圆周上均布四个螺钉孔，动量轮6与安装板2通过四个螺 钉安装，为了提供足够的动量轮安装空间，安装接口圓心距支承板1的底部大 于200mm。安装板2焊接于距支承板1 一侧三分之一距离处，以保证动量轮6 安装后整个振动传递装置重心稳定，保障测量安全。三轴传感器3安装在安装 板2未安装动量轮的一侧，由安装板2提供螺孔定位，传感器的Z轴与动量轮 6的旋转轴保持同轴，传感器Y轴固定在竖直方向，传感器X轴固定在水平方 向。
动态信号分析仪采用市场通用动态信号分析仪，可进行时域、频域及倍频 程分析等运算，具备故障诊断功能，主要用于动量轮振动信号的采集、分析， 进行频谱分析，以得到动量轮振动加速度信号的频语，其中包含振动幅值和频 率信息。
数据处理计算机用于处理动态信号分析仪输出的频谱数据，并对动量轮的 振动数据进行补偿修正。通过利用脉冲响应试验测取测量系统的频率响应函数， 用于对动量轮与振动传递装置的振动频谱进行数据修正，抵消振动传递装置的 放大效果，还原动量轮振动数据，保障准确地测取动量轮振动数据。
采用本测量系统进行动量轮振动测试时，在动量轮安装在振动传递装置后， 首先测试测量系统的脉冲频响特性，为后续补偿振动传递装置的影响作必要准 备；然后，利用动量轮产品测试箱驱动被测动量轮，使其达到被测转速，利用 本测量系统的动态信号分析仪采集和分析得到动量轮与振动传递装置的振动加 速度频谱；最后，数据处理计算机利用测量系统的脉冲频响特性测试数据，对 动量轮与振动传递装置的振动加速度频谱进行补偿，主要是利用激励、响应和频响函数三者之间的数学运算关系，从而实现动量轮振动频i普的测量。 实施例1
振动传递装置几何尺寸参数支承板采用长x宽x高为300mm x 30mm x 40mm;安装板高度220mm，厚度15mm,底部宽度260mm,安装板焊接于 距支承板一侧100mm处，振动传递装置重量约2.5kg，采用硬铝合金材料；
三轴传感器的振动加速度测量分辨率0.00002g,频率范围为0-1.6kHz;
动量轮振动加速度频谱的频率范围为0-400Hz;
安装动量4仑后，测量系统的脉冲频响特性测试结果如图3 (a)、 3 (b)、 3 (c)所示，在400Hz频率范围内X、 Y、 Z轴三个方向上均存在幅值较大的共 振峰值点(如175Hz左右)，其中X向还存在40Hz左右的低频共振点，因此需 要对动量轮的振动加速度频i普测量数据进行补偿，消除振动传递装置所带来的 振动偏差。数据处理计算机利用激励、响应和频响函数三者之间的数学运算关 系，实现了动量轮振动加速度频谱的修正。如图4所示，在1800r/min转速下 动量轮振动频谱图4 (a)中175Hz处振动幅值异常，经过修正之后，振动频 谱图4 (b)中175Hz处振动幅值得到了有效的抑制，表明振动加速度频谱修 正效果明显，实现了动量轮振动频谱的测量。
在实际应用中，可根据被测量动量轮的具体参数适当地调整振动传递装置 中安装板的结构形式和机械接口参数，以便于应用推广。
权利要求1、一种面向动量轮的三自由度振动频谱测量系统，其特征在于包括振动传递装置、三轴传感器、动态信号分析仪、数据处理计算机，动量轮、三轴传感器均安装在振动传递装置上，三轴传感器通过振动传递装置测量动量轮与振动传递装置的振动信号，动态信号分析仪接收三轴传感器的输出振动信号和测量系统的脉冲频响特性信号并进行频谱分析，数据处理计算机与动态信号分析仪相连接得到动量轮的振动频谱。
2、 根据权利要求1所述的一种面向动量轮的三自由度振动频谱测量系统， 其特征在于所述的振动传递装置由对称分布的两块支承板(1 )和安装板(2 ) 组成，安装板(2)焊接在距支承板(1 )其中一侧三分之一处，支承板(1 ) 通过压板(4)固定在试-验台(5)上。
3、 根据权利要求2所述的一种面向动量轮的三自由度振动频谱测量系统， 其特征在于所述安装板(2)的上部均布四个螺钉孔和一个传感器定位孔，动 量轮(6)通过四个螺钉安装在安装板(2)上，三轴传感器(3)通过传感器 定位孔安装在安装板(2)上，所述三轴传感器(3)的Z轴与动量轮(6)的 旋转轴保持同轴，Y轴固定在竖直方向，X轴固定在水平方向。
4、 根据权利要求1所述的一种面向动量轮的三自由度振动频镨测量系统， 其特征在于所述的三轴传感器(3)采用三自由度集成IC压电式加速度传感 器。
专利摘要一种面向动量轮的三自由度振动频谱测量系统，包括振动传递装置、三轴传感器、动态信号分析仪、数据处理计算机，动量轮、三轴传感器均安装在振动传递装置上，三轴传感器通过振动传递装置测量动量轮与振动传递装置的振动信号，动态信号分析仪接收三轴传感器的输出振动信号和测量系统的脉冲频响特性信号并进行频谱分析，数据处理计算机利用动态信号分析仪输出的频谱分析结果得到动量轮的振动频谱。本实用新型将动量轮和三轴传感器安装在振动传递装置上，有利于三轴传感器的固定和测量，振动传递装置结构形式简单，操作方便，有利于批量生产和装配，通过改变振动传递装置的结构、尺寸能够应用到不同系列的航天机电部件和驱动机构振动测量工作中。
文档编号G01H1/00GK201297957SQ20082011019
公开日2009年8月26日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者刘一武, 杨孟飞, 亮 汤, 王全武, 刚 虎, 邓瑞清 申请人:北京控制工程研究所