专利名称：一体式三冗余角位移测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于角位移测量技术领域。
背景技术：
在摆动伺服机构中，需要测量摆动件的摆动角度，本发明应用于摆动件的测量，例如，发动机的喷管相对于发动机进行摆动的动力机构中喷管摆角的测量，随着发动机喷管摆动伺服机构的改进，伺服机构结构紧凑，集成度高，使用环境条件恶劣，决定了配套传感器设计结构更加小巧，更耐高温、高压、强振动冲击、性能指标更高，动态响应更好等特性。同时为了满足总体对伺服系统实现发动机下沉角实时补偿的需求，需要将角位移测量装置测得的喷管摆角信号引入伺服闭环控制系统，故伺服系统对配套使用的特种伺服位移传感器提出新的更高要求:精度 更高、可靠性更高、稳定性更好、寿命更长。经验证，现有的传感器技术已不能完全适应研制需要。现有技术中，国内(包括本单位)所用角位移测量装置为分体式，可靠性最高为二余度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，为了满足新型伺服系统喷管摆角的测量及反馈控制需要，设计了新型一体式三冗余角位移测量装置。实现本发明所述目的的技术方案是:一体式三冗余角位移测量装置，用于测量摆动伺服机构中摆动件的摆动角度，其中，包括:位移传感器组件、上螺栓组件、下螺栓组件、调节螺栓、上支耳和下支耳；一体式三冗余角位移测量装置通过上支耳连接到摆动伺服机构中的固定件，通过下支耳安装到摆动伺服机构中的摆动件；上螺栓组件和下螺栓组件通过关节轴承分别和上支耳、下支耳连接，下螺栓组件以螺纹方式和滑动套连接，拉杆通过锁紧螺母固定在滑动套的端盖中；上螺栓组件通过调节螺栓与位移传感器组件连接，调节螺栓两端为左右螺纹，中间为固定扳手用的缺口，上螺栓组件和位移传感器组件与调节螺栓通过左右螺纹的配合进行连接；位移传感器组件，包含:3个电阻组件、刷握组件、座，3个电阻组件均布在座的3个面上，每个电阻组件上喷制一电阻膜和与其对应的导电条，与其对应的电刷均布在刷握组件的三个面上，带有电刷的刷握组件通过锁定螺钉固定在拉杆的一侧。如上所述的一种一体式三冗余角位移测量装置，其中，所述滑动套和位移传感器组件之间，设置2处减磨圈。本发明优点在于:为了满足新型号伺服系统喷管摆角的测量及反馈控制需要，采用了三冗余设计，在保证结构尺寸的基础上对角位移传感器进行了一体式设计方案。该一体式三冗余角位移测量装置形式为三冗余直线式导电塑料电位计，在电气设计上采用独立供电和信号输出，在结构设计上采用两处减磨圈提高了传感器的整体刚性和可靠性，并设计零位调节装置，通过关节轴承与上、下支耳实现与发动机的连接。一体式三冗余角位移测量装具有结构简单、安装方便、使用寿命长(100万次以上)、可靠性高、稳定性好、线性度高等优点。此角位移测量装置采用了高精密导电塑料位移传感器。在伺服机构中不再仅限用于喷管摆动角度的测量，同时也将参与整个伺服系统的控制。一体式三冗余角位移测量装置是某型号I级、II级喷管摆角的测量及系统控制反馈单元，内部位移传感器选用三冗余直线式导电塑料电位计，其电阻片是通过印刷法将事先配制的电阻和端头银浆料，按电阻元件图形通过丝网漏在基片上印刷而成，与其对应的导电条是在印制板加工过程中通过腐蚀表面铜箔而成，用于输出信号的引出。在电阻膜两端分别施加正负直流电源，同时在零位位置设置中心抽头(即电源地)，电刷在电阻膜上滑动，实现测量喷管摆角的功能。输出信号、正负电源和接地通过印制线引到电阻片的一端，中心抽头与电阻膜间由导电银带连接，较以往通过铆钉和导线的引出方式更安全、可靠。本产品先进性在于采用了三个余度、一体式的设计技术，同时首次采用高精度导电塑料电位计设计方法，提高了整体可靠性。本发明主要用于伺服系统喷管俯仰角和下沉角的测量，并参与系统反馈控制，其特点:结构简单、安装方便、使用寿命长(100万次以上)、可靠性高等，有效的提高新型号伺服系统的工作寿命和可靠性，具有重大的军事意义和推广价值。本发明与现有技术相比:I)结构紧凑，零位不重合电压小一体式三冗余角位移测量装置将三个电阻组件均匀分布在座的三个面上，在电气上分别引出使用。通过调节三个电阻组件在壳体上的安装位置，保证其零位不重合度不大于 20mV ；2)项目提出的简化测试对象模型，正交配置2个角位移测量装置，安装于摆性喷管“摆角变化”影响测试误差最小的位置，测量喷管推力矢量摆角的方法，解决了发动机地面伺服系统性能和频率特性测试中推力矢量角位移(俯仰摆角、偏航摆角)测量难题。3) 一体式三冗余角位移测量装置适应高温(瞬间大于1000°C )、强振、大冲击等严酷环境条件考验，具有高可靠性。4)设计有自调节装置，满足零位调节需要，克服了原有角位移测量装置在强振动下易松动的缺点，该测量装置转动灵活性，消除了安装间隙及设计了无滞后位移传感器，提闻了广品的动态特性，提闻了测量精度。5)采用三冗余设计提高了产品可靠性。6)采用导电塑料的电阻膜提高了产品的线性度，按国标计算能够优于0.1%技术创新点:1.采用导电塑料电位计设计方法2.角位移测量装置首次采用一体式三冗余设计3.环境适应能力强、寿命高(可达100万次)4.一体化电刷阶梯型切割技术5.新型材料选用。综述:以上技术方案经过各项试验考核，满足了新型伺服系统高可靠角位移测量与反馈需要，对于提高系统的可靠性具有重要意义，从而具有重大的推广价值。
图1 一体式三冗余角位移测量装置结构示意图；图2是位移传感器组件结构示意图；图3电刷分布示意图(轴向剖面)；图4电刷分布示意图。1.传感器组件；2.螺栓组件；3.调节螺栓；4.上支耳；5.下支耳；6.减磨圈；7滑动套；8.电缆；11.座；12.电阻组件；13.电刷；14.拉杆；15.刷握组件。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明:一体式三冗余角位移测量装置包括:位移传感器组件1、螺栓组件2 (上螺栓组件2-1、下螺栓组件2-2)、调节螺栓3、上支耳4和下支耳5。用于测量喷管的摆动角度，一体式三冗余角位移测量装置通过上支耳4连接到发动机法兰盘，通过下支耳5安装到喷管的加强环。其具体结构见图1。上螺栓组件2-1和下螺栓组件2-2通过关节轴承分别和上支耳4、下支耳5连接，下螺栓组件2-2通过螺纹连接到位移传感器组件I的滑动套7上，同时通过锁紧螺母将拉杆14的一端固定在滑动套7的端盖中；上螺栓组件2-1通过调节螺栓3与位移传感器组件I相连接，调节螺栓3是两端为左右螺纹，中间为固定扳手用的缺口，上螺栓组件2-1和位移传感器组件I与调节螺栓3通过左右螺纹的配合进行连接，并且由左右螺母进行紧固；在松开左右锁紧螺母后，可以通过旋转调节螺栓3，实现对整个角位移测量装置安装位置的调节，即实现零位调节。位移传感器组件I由3个电阻组件12、刷握组件15、座11等组成。三个电阻组件12均布在座11的三个面上，每个电阻组件12喷制一电阻膜和与其对应的导电条，与其对应的电刷13均布在刷握组件15的三个面上，每个电刷横跨电阻膜和导电条，通过拉杆运动，带动电刷与电阻组件的相对运动，实现通道测量。其分布见图2。喷管摆动，带动位移传感器组件的电刷13(安装于连杆14)在相应电阻膜和导电条上运动，从而使喷管摆动反应在的角位移传感器输出电压变化上，根据角位移传感器的输出电压值及其在喷管上的空间安装和结构尺寸即可计算出喷管的摆角。上螺栓组件2-1和下螺栓组件2-2通过关节轴承分别和上支耳4、下支耳5连接，关节轴承提供转动的自由度，使得一体式三冗余角位移测量装置能够随着喷管转动，并且，消除了安装间隙和由此造成的相位滞后。在喷管有限空间内按照要求设计上下支耳和零位调节装置，满足喷管测量和试验室伺服系统性能特性测试需要，可方便的进行零位调节。在实现本发明的过程中，具有如下的特点:I)改进工艺过程，大幅度降低生产周期并提高了可靠性
传感器电阻片基体材料选用YB-20型聚酰亚胺层压覆铜板，聚酰亚胺是一种新型的芳杂环高聚物，它具有优异的机械、介电、耐高低温、耐辐射等综合性能，广泛应用于宇航、人造卫星、原子能工业和国防军工等部门。根据现行产品结构特点及使用要求，采用印刷法成型电阻膜最适合导电塑料传感器电阻膜的制造方法，并且印刷法成型缩短了电阻膜生产周期，提高了产品的生产效率。采用线性修刻技术，通过对电阻膜逐点(一般为2mm —点)进行修刻，低于标准值就减少该点的导电截面积，从而增加阻值。使每点的电阻值更趋近于标准电阻值，实现电阻膜输出电压值随传感器电刷位移量呈线性变化，从而使传感器线性误差精度控制在0.3%以内，满足产品使用精度要求。2)改进结构方式和调零装置一体式三冗余角位移测量装置将原有技术中的分体式结构(包含上下支耳的连接支撑部分、传感器部分首先分开制作，然后在安装时进行组装)改进为一体式结构，通过上下螺栓组件和上下支耳与发动机连接，摒弃了以往通过下支耳固定螺栓用安装槽来调节长度的方法，上述方法中要求下支耳具有一定长度，并配有垫块才能够进行零位调节；而本发明中具体是；新设计了调节螺栓，可在不拆下传感器的基础上调节角位移测量装置的零位调节，避免了传感器反复拆装带来的影响。为了提高角位移测量装置的可靠性和环境适应性，结构上设计新型滑动套，通过两处减磨圈实现传感器运动自如，其中一处减磨圈装在滑动套内壁，另一处减磨圈装在座上，二处减磨圈可以使滑动套在传感器主体上滑动时有二处支撑点，角位移测量装置在运动或受环境影响时，滑动套对传感器横向摆幅起到限位作用，增大了传感器的整体侧向刚度，减小了喷管谐振状态下对传感器拉杆及电刷可能造成的损害。新的结构设计可以使角位移测量装置承受两倍于以往型号的振动强度，试验后的性能指标合格，各项功能正常，满足系统使用要求。3)延长产品工作寿命措施导电塑料传感器按要求完成100万次寿命试验后，试验传感器线性均增大到
0.9 1.1%左右，但使用功能正常，说明传感器的高可靠性是有保证的。分解后，检查电阻膜发现100万次寿命试验后，电阻膜表面有较明显的电刷运行轨迹，此问题直接影响传感器线性精度，造成电阻膜局部线性增大。经分析，此问题的重要因素是传感器使用的带材线切割成型电刷刷丝表面存在难以去除的毛刺，毛刺在电阻膜上往复摩擦，从而使电阻膜局部阻值变大，线性随之变大。因此在后序生产过程中注重带材线切割成型电刷刷丝去毛刺质量，增达电刷切缝尺寸，方便去除电刷切割后留下的毛刺，以此减小电刷摩擦对电阻膜的损伤。
权利要求
1.体式三冗余角位移测量装置，用于测量摆动伺服机构中摆动件的摆动角度，其特征在于:包括:位移传感器组件(I)、上螺栓组件(2-1)、下螺栓组件(2-2)、调节螺栓(3)、上支耳(4)和下支耳(5);—体式三冗余角位移测量装置通过上支耳(4)连接到摆动伺服机构中的固定件，通过下支耳(5)安装到摆动伺服机构中的摆动件； 上螺栓组件(2-1)和下螺栓组件(2-2)通过关节轴承分别和上支耳(4)、下支耳(5)连接，下螺栓组件(2-2)以螺纹方式和滑动套(7)连接，拉杆(14)通过锁紧螺母固定在滑动套(7)的端盖中； 上螺栓组件(2-1)通过调节螺栓(3)与位移传感器组件(I)连接，调节螺栓(3)两端为左右螺纹，中间为固定扳手用的缺口，上螺栓组件(2-1)和位移传感器组件(I)与调节螺栓(3)通过左右螺纹的配合进行连接； 位移传感器组件(1)，包含:3个电阻组件(12)、刷握组件(15)、座(11)，3个电阻组件(12)均布在座(11)的3个面上，每个电阻组件(12)上喷制一电阻膜和与其对应的导电条，与其对应的电刷(13)均布在刷握组件(15)的三个面上，带有电刷(13)的刷握组件(15)通过锁定螺钉固定在拉杆(14)的一侧。
2.按权利要求1所述的一种一体式三冗余角位移测量装置，其特征在于:所述滑动套(7)和位移传感器组件(I)之间，设置2处减磨圈(6)。
全文摘要
本发明属于角位移测量技术领域。具体是一体式三冗余角位移测量装置，目的在于克服现有技术的不足，满足新型伺服系统喷管摆角的测量及反馈控制需要。包括位移传感器组件(1)、上螺栓组件(2-1)、下螺栓组件(2-2)、调节螺栓(3)、上支耳(4)和下支耳(5)；调节螺栓(3)是包含左右螺纹的螺栓；位移传感器组件(1)为高精度导电塑料电位计式位移传感器，三个电阻组件(12)均布在座(11)的三个面上，与其对应的电刷(13)均布在刷握组件(15)的三个面上，刷握组件(15)通过轴端螺钉固定在连杆(14)上。优点在于一体式三冗余设计，环境适应能力强、寿命高，经过各项试验考核，满足了新型伺服系统高可靠角位移测量与反馈需要，对于提高系统的可靠性具有重要意义，从而具有重大的推广价值。
文档编号G01B7/30GK103090785SQ20111033293
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者陈娣, 蒋晓彤, 李文璋, 王彦奎, 甘霖, 郭薇妮 申请人:北京精密机电控制设备研究所, 北京天高智机技术开发公司, 中国运载火箭技术研究院