一种转台角速率检测装置及方法与流程
本发明属于惯性器件测试技术领域，具体涉及一种转台角速率检测装置及方法。
背景技术：
转台作为惯性器件测试设备，其角速率的精度及平稳性对惯性器件的性能起着举足轻重的作用。随着惯性器件角速率指标不断提高，对转台系统自身角速率精度指标的要求也日益提高。
目前，角速率的检测根据角速率的大小从360°平均、10°平均及1°平均三个区间段分别进行。当角速率指令大于360°，利用粘贴于转台框架上的磁钢与固定不动的霍尔器件之间位置移动产生霍尔信号，将其作为基准脉冲信号输出给测试系统计算脉冲间隔时间从而进行角速率计算；当角速率指令小于10°，乃至小于1°时，多通过转台控制系统内部的1ms中断采集转台角位置进行角速率的精度及平稳性计算。
以上方法虽可以完成一般转台的角速率检测，但仅用于转台控制数据可开放于角速率检测的状态，不适用排他性控制系统的转台角速率测试，存在检测装置与控制系统相互干涉，检测结果与控制系统的数据采集相关联等问题。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题为：提供一种转台角速率检测装置及方法，其脱离于转台自身控制系统的角速率检测装置，测试精度高、适用性强。
本发明的技术方案如下所述：
一种转台角速率检测装置，包括光电编码器、标准脉冲处理电路和便携式检定仪：光电编码器在转台被测轴转动时产生1Vpp差分信号，标准脉冲信号处理电路将1Vpp差分信号转换成标准单端TTL电平信号，便携式检定仪对标准单端TTL电平信号进行计数。
作为优选方案：所述光电编码器采用圆光栅式光电编码器。所述圆光栅式光电编码器包括圆光栅和读数头：圆光栅安装在转台被测轴上，径向回转误差小于等于5μm；读数头与圆光栅外缘距离2mm。
作为优选方案：所述标准脉冲信号处理电路包括滤波电路和高速转换芯片：滤波电路对1Vpp差分信号进行滤波处理，高速转换芯片在保证信号带宽的前提下将1Vpp差分信号转换为TTL差分电平，再将其转换为单端信号，得到标准单端TTL电平信号。所述高速转换芯片可以采用74LS123型芯片。
作为优选方案：所述便携式检定仪包括高稳定时钟源和信号采集处理电路，对标准单端TTL电平信号的下降沿进行计数、对标准单端TTL电平信号间隔时间进行计算，通过计算转台转过固定角度的时间得到角速率精度及稳定度。所述高稳定时钟源可以采用NI标准板卡。
一种转台角速率检测方法，包括以下步骤：
步骤1计算平均时间和角速率
转台工作在速率状态，使其按给定速率稳定运行，待转台运行稳定后开始测量；便携式检定仪共采样n个数据；依据式(1)计算平均时间，依据式(2)计算角速率：
ω＝Δθ/T (2)
式中，
为给定速率下转台被测轴转过定角间隔所用时间的平均值；
n为给定速率点连续测量次数；
Ti为给定速率下转台被测轴第i次转过定角间隔所用时间，i＝1、2、…、n；
ω为角速率理论值；
△θ为定角间隔；
T为转台转过定角间隔所用时间；
步骤2计算角速率绝对误差和角速率平稳性绝对误差
在转台速率小于0.1°/s时，依据式(3)计算角速率绝对误差、依据式(4)计算角速率平稳性绝对误差
其中，
式中：
Eω为角速率绝对误差；
为角速率平均值；
为角速率平稳性绝对误差；
为各速率点测量值相对于速率平均值的最大正偏差值；
为与速率平均值具有最大正偏差的速率点测量值；
为各速率点测量值相对于速率平均值的最大负偏差值；
为与速率平均值具有最大负偏差的速率点测量值；
步骤3计算角速率相对误差和角速率平稳性相对误差
当转台速率大于等于0.1°/s时，依据式(5)计算角速率相对误差、依据 式(6)计算角速率平稳性相对误差：
式中：
Vω为角速率相对误差；
Tg为给定速率下转台被测轴转过定角间隔所用时间的理论值；
σω为角速率平稳性相对误差；
N为按给定速率选定的测量次数。
作为优选方案：步骤1中，△θ取值为360°、或10°或1°。
作为优选方案：步骤3中，360°平均区段中，N＝10；10°平均区段中，N＝10；1°平均区段中，当角速率理论值ω≥0.005°/s时，N＝10，当角速率理论值ω<0.005°/s时，N＝3。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种转台角速率检测装置及方法，设计原理明确，执行机构清晰，通过可溯源的计数设备及高可靠性的编码器及处理电路实现了适用于不同类型转台的角速率检测；
(2)本发明的一种转台角速率检测装置及方法，实现即装即用，并能够实时得到处理结果，具有适用性强、计时准确度高的特点。
附图说明
图1为本发明的转台角速率检测装置组成示意图；
图2为本发明的外置圆光栅式光电编码器安装示意图。
图中，1-转台被测轴，2-圆光栅，3-读数头夹杆，4-读数头，5-光电编码器安装板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种转台角速率检测装置及方法进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种转台角速率检测装置，包括光电编码器、标准脉冲处理电路和便携式检定仪：光电编码器在转台被测轴1转动时产生1Vpp差分信号，标准脉冲信号处理电路将1Vpp差分信号转换成标准单端TTL电平信号，便携式检定仪对标准单端TTL电平信号进行计数。
所述光电编码器采用圆光栅式光电编码器，当转台匀速运动于某一转速时，圆光栅式光电编码器产生对应其线数的1Vpp差分信号。如图2所示，本实施例中的圆光栅式光电编码器包括圆光栅2和读数头4：圆光栅2安装在转台被测轴1上，径向回转误差不大于5μm；读数头4与圆光栅2外缘距离2mm，用于转台被测轴1转动时产生1Vpp差分信号。当线数为18000时，在转台转速为360°/s的情况下，转台每转一圈圆光栅式光电编码器可输出18000周期信号。
所述标准脉冲信号处理电路包括滤波电路和高速转换芯片：滤波电路对1Vpp差分信号进行滤波处理，高速转换芯片在保证信号带宽的前提下将1Vpp差分信号转换为TTL差分电平，再将其转换为单端信号，得到标准单端TTL电平信号。本实施例中，所述滤波电路采用高可靠性的电阻、电容实现；高速转换芯片采用74LS123型芯片。
所述便携式检定仪包括高稳定时钟源和信号采集处理电路，可对标准单端TTL电平信号的下降沿进行计数和标准单端TTL电平信号间隔时间计算，通过计算转台转过固定角度的时间得到角速率精度及稳定度。本实施例中，所述高稳定时钟源采用NI标准板卡；所述信号采集处理电路采用现有技术中的信号采集电路，此为本领域技术人员公知常识。
本发明的一种转台角速率检测方法，采用定角测时法实现，其具体包括以下步骤：
步骤1计算平均时间和角速率
转台工作在速率状态，使其按给定速率稳定运行，待转台运行稳定后开始测量。便携式检定仪共采样n个数据。依据式(1)计算平均时间，依据式(2)计算角速率：
ω＝△θ/T (2)
式中，
为给定速率下转台被测轴转过定角间隔所用时间的平均值；
n为给定速率点连续测量次数，本实施例，n＝10；
Ti为给定速率下转台被测轴第i次转过定角间隔所用时间，i＝1、2、…、n；
ω为角速率理论值；
△θ为定角间隔，本实施例中，△θ可以取值360°、10°或1°；
T为转台转过定角间隔所用时间。
步骤2计算角速率绝对误差和角速率平稳性绝对误差
在转台速率小于0.1°/s时，依据式(3)计算角速率绝对误差、依据式(4)计算角速率平稳性绝对误差
其中，
式中：
Eω为角速率绝对误差；
为角速率平均值；
为角速率平稳性绝对误差；
为各速率点测量值相对于速率平均值的最大正偏差值；
为与速率平均值具有最大正偏差的速率点测量值；
为各速率点测量值相对于速率平均值的最大负偏差值；
为与速率平均值具有最大负偏差的速率点测量值。
步骤3计算角速率相对误差和角速率平稳性相对误差
当转台速率大于等于0.1°/s时，依据式(5)计算角速率相对误差、依据式(6)计算角速率平稳性相对误差：
式中：
Vω为角速率相对误差；
Tg为给定速率下转台被测轴转过定角间隔所用时间的理论值；
σω为角速率平稳性相对误差；
N为按给定速率选定的测量次数。
本实施例中，360°平均区段中，N＝10；10°平均区段中，N＝10；1°平均区段中，当角速率理论值ω≥0.005°/s时，N＝10，当角速率理论值ω<0.005°/s时，N＝3。
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