三轴中频振动标准装置的制作方法

本发明涉及振动计量技术领域，更为具体地，涉及一种可对三轴向压电加速度计进行三轴同步振动测量或校准的三轴中频振动标准装置。

背景技术：

目前，国家质量检验检疫总局发布有JJG233-2008压电加速度计检定规程，规定了压电加速度计灵敏度的检定方法有比较法和绝对法，该方法适用于单轴向压电加速度计的灵敏度检定/校准。国家计量科学院、国防科技工业第一计量测试技术研究中心、以及国内各计量技术机构建立的振动计量标准，均采用单轴标准振动台作为振动发生器开展压电加速度计的检定、校准或测量。国内尚未建立有三轴中频振动标准装置。

三轴向压电加速度计指具有三个信号输出轴，可对X、Y、Z三个正交轴向的加速度进行同步测量的一种加速度传感器。通常与多路适调仪(如多路电荷放大器)配套使用，主要用于同步测量物体三个方向的振动加速度，获取物体的矢量加速度。

因国内无三轴振动标准装置，三轴向压电加速度计的检定或校准均只能参照JJG233-2008压电加速度计检定规程执行，即对X、Y、Z三个轴向灵敏度单个、分别进行测量，获得三轴向压电加速度计的X、Y、Z三个轴向的灵敏度值，实际得到单个轴使用时的灵敏度。而三轴加速度计实际振动测量时，是多分量同步振动同时进行测量的，各轴的振动灵敏度存在横向影响。因两种测量状态不一致，导致在不同频率下灵敏度产生较大误差。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种三轴中频振动标准装置，以解决解决三轴压电加速度计三轴振动灵敏度同步振动校准存在较大误差的问题。

本发明提供一种三轴中频振动标准装置，包括：三轴中频标准振动台、三轴中频标准振动台的振动控制系统和三轴中频标准振动台的三轴激光测振系统；其中，三轴中频标准振动台包括底座平台、X轴振动台、Y轴振动台、Z轴振动台、集成振动发生器、工作台面和梯形支撑座；其中，Z轴振动台的底端固定在底座平台上，而顶端的垂直面通过平面静压轴承连接集成振动发生器，集成振动发生器的上端与工作台面固定连接；X轴振动台与Y轴振动台分别水平置于Z轴振动台的右半侧和后半侧，X轴振动台的台体与Y轴振动台的台体两侧的转轴分别固定在梯形支撑座上，梯形支撑座与底座平台通过螺栓固定；X轴振动台的台体、Y轴振动台的台体与Z轴振动台的台体分别通过连接轴与集成振动发生器的X、Y、Z向平面静压轴承连接在一起，两个连接轴的轴心线处于同一水平面；X轴振动台的动圈台面、Y轴振动台的动圈台面和Z轴振动台的动圈台面分别通过法兰盘与集成振动发生器内的X、Y、Z向平面静压轴承连接；振动控制系统包括计算机控制系统、六路振动控制仪、三轴功率放大器、三轴向压电加速度计、电荷放大器和自动对中装置；其中，计算机控制系统包括六路数据采集卡；六路振动控制仪包括六路同振振动控制器和三个单轴的闭环控制振动传感器，六路同振振动控制器中的三路与三轴功率放大器连接，六路同振振动控制器中的另三路与三个闭环控制振动传感器连接，六路同振振动控制器用于将数字控制振动信号转换为模拟控制输出信号输出给三轴功率放大器；三轴功率放大器用于驱动X轴振动台、Y轴振动台、Z轴振动台分别产生X、Y、Z轴向振动；三个闭环控制振动传感器安装在工作台面的X、Y、Z轴方向上，用于将工作台面的振动加速度信号反馈给所述六路同振振动控制器的X、Y、Z输入通道，形成三轴中频标准振动台的振动全过程闭环控制；自动对中装置的数量为3个，分别固定在X轴振动台、Y轴振动台、Z轴振动台外表面的侧面，每个自动对中装置中的传感器均为非接触电涡流传感器，三个非接触电涡流传感器的探头分别安装在X轴振动台的动圈侧面、Y轴振动台的动圈侧面和Z轴振动台的动圈侧面，用于检测X轴振动台的动圈台面、Y轴振动台的动圈台面和Z轴振动台的动圈台面的中心位置，并通过调节安装在底座平台底部的减震气囊的空气量、三个非接触电涡流传感器检测的中心位置信号的反馈控制与调节，保持Z轴振动台的动圈台面处于中心位置；三轴向压电加速度计安装在工作台面上，并与电荷放大器的输入端连接，电荷放大器的输出端与六路数据采集卡中的三路连接；三轴激光测振系统包括三轴激光测振仪、靶体和三轴激光测振仪安装支架；其中，三轴激光测振仪由三台X、Y、Z三个方向的激光测振仪组成；三轴激光测振仪安装支架为矩形架结构，其固定安装在三轴中频振动标准台的四周，X、Y、Z三个方向的激光测振仪分别安装在三轴激光测振仪安装支架上，靶体安装在工作台面的中心位置。

另外，优选的方案是，在安装支架上X、Y方向的侧面支架的中间横梁上，分别固定安装有可调式支撑平台，两个可调式支撑平台上与X方向的激光测振仪和Y方向的激光测振仪呈水平连接，安装支架的顶部的中间位置具有两根横梁，在两根横梁上安装有激光测振仪安装底座，用于固定Z方向的激光测振仪。

此外，优选的方案是，在三轴激光测振仪安装支架与三轴中频振动标准台之间设置有防震沟隔离。

再者，优选的方案是，激光测振仪由激光头和驱动控制器组成，激光头与驱动控制器之间通过专用电缆连接，驱动控制器的输出端与六路数据采集卡中的另三路连接，驱动控制器在为激光头供电的同时，接收激光头输出的光电信号，通过信号解调获得振动位移和速度，并提供实时位移和速度电压信号输出给六路数据采集卡。

利用本发明提供的三轴中频振动标准装置，可实现三轴向压电加速度计的三个轴灵敏度一次性同步测量或校准，保证三轴向压电加速度计测量/校准状态与其工作状态相符，提高了灵敏度量值准确性和可靠性。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的三轴中频标准振动台的主视图；

图2为根据本发明实施例的三轴中频标准振动台的俯视图；

图3为根据本发明实施例的三轴中频振动标准装置的工作原理图；

图4为根据本发明实施例的三轴中频振动标准装置的第一视角逻辑结构图；

图5为根据本发明实施例的三轴中频振动标准装置的第二视角逻辑结构图；

图6为根据本发明实施例的激光测振仪、三轴中频标准振动台、靶体与安装支架的位置关系结构图。

其中的附图标记包括：底座平台1、X轴振动台2、Y轴振动台3、Z轴振动台4、集成振动发生器5、工作台面6、梯形支撑座7、平面静压轴承8、计算机控制系统9、多路数据采集卡10、六路同振振动控制器11、三轴功率放大器12、自动对中装置13、闭环控制振动传感器14、减震气囊15、X轴方向的激光测振仪16、Y轴方向的激光测振仪17、Z轴方向的激光测振仪18、靶体19、三轴向压电加速度计20、冷却风机21、高压油源22、电荷放大器23、三轴激光测振仪安装支架24、可调式支撑平台25、横梁26、激光测振仪安装底座27。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

本发明提供的三轴中频振动标准装置，包括：三轴中频标准振动台、三轴中频标准振动台的振动控制系统和三轴中频标准振动台的三轴激光测振系统。本发明将三轴中频振动标准装置分别三大部分，分别为三轴中频标准振动台、振动控制系统和三轴激光测振系统。下面分别对三大部分逐一进行说明。

一、三轴中频标准振动台

如图1和图2所示，三轴中频标准振动台包括底座平台1、X轴振动台2、Y轴振动台3、Z轴振动台4、集成振动发生器5、工作台面6和梯形支撑座7；其中，Z轴振动台4的底端固定在底座平台1上，且置于底座平台1的左下侧1/4区域，Z轴振动台4的顶端的垂直面通过平面静压轴承8连接集成振动发生器5，集成振动发生器5的顶端与工作台面6固定连接；X轴振动台2与Y轴振动台3分别水平置于Z轴振动台4的右半侧和后半侧，X轴振动台2的台体与Y轴振动台3的台体两侧的转轴分别固定在梯形支撑座7上，梯形支撑座7通过螺栓固定在底座平台1上；X轴振动台2的台体、Y轴振动台3的台体与Z轴振动台4的台体分别通过连接轴与集成振动发生器5的X轴、Y轴、Z轴三个方向的平面静压轴承8连接在一起，两个连接轴的轴心线处于同一水平面。

X轴振动台2、Y轴振动台3和Z轴振动台4与集成发生器5一起构成空间正交布置，X轴振动台2的动圈台面、Y轴振动台3的动圈台面和Z轴振动台4的动圈台面分别通过法兰盘与集成振动发生器5内的X轴、Y轴、Z轴三个方向的平面静压轴承8连接。当X轴振动台2、Y轴振动台3和Z轴振动台4激励时，推动集成振动发生器5各个方向产生互不干涉的平面运动，将复合振动传递到工作台面6进行工作，实现三个方向同时振动。集成振动发生器5的作用是将三个正交振动运动进行机械解耦使得三个运动方向互不干涉的运动，同时具有足够的轴向刚度，保证主运动方向的传递性。

三轴中频标准振动台还配套冷却风机21和高压油源22，配置冷却风机21的作用是为X轴振动台2、Y轴振动台3和Z轴振动台4的动圈台面降温，提供空气抽风，达到制冷目的；配置高压油源22的作用是提供集成发生器5所需的高压油膜和循环油路油源。

二、振动控制系统

参考图3-图5，振动控制系统包括计算机控制系统9，六路振动控制仪、三轴功率放大器12、自动对中装置13、三轴向压电加速度计20和电荷放大器23，其中，计算机控制系统9包括流六路数据采集卡10，用于采集激光测振仪的位移和速度电压信号；六路振动控制仪包括六路同振振动控制器11和三个单轴的闭环控制振动传感器14，六路同振振动控制器11中的三路与三轴功率放大器12连接，六路同振振动控制器11中的另三路与三个闭环控制振动传感器14连接，六路同振振动控制器11用于将数字控制振动信号转换为模拟控制输出信号输出给三轴功率放大器12；三轴功率放大器12用于驱动X轴振动台2、Y轴振动台3、Z轴振动台4分别产生X轴、Y轴、Z轴向振动；闭环控制振动传感器14安装在工作台面6的X、Y、Z轴方向上，用于将工作台面的振动加速度信号反馈给六路同振振动控制器11的X、Y、Z输入通道，形成三轴中频标准振动台的振动全过程闭环控制，使振动过程受控，提高振动控制精度和稳定度。

自动对中装置13的数量为3个，分别固定在X轴振动台2、Y轴振动台3、Z轴振动台4外表面的侧面，每个自动对中装置13中的传感器均为非接触电涡流传感器，三个非接触电涡流传感器的探头分别安装在X轴振动台2的动圈侧面、Y轴振动台3的动圈侧面和Z轴振动台4的动圈侧面，用于检测X轴振动台2的动圈台面、Y轴振动台3的动圈台面和Z轴振动台4的动圈台面的中心位置，并通过调节安装在底座平台1底部的减震气囊15的空气量、每个非接触电涡流传感器检测的中心位置信号的反馈控制与调节，保持Z轴振动台的动圈台面处于中心位置。

三轴向压电加速度20计安装在工作台面6上，并与电荷放大器23的输入端连接，电荷放大器23的输出端与六路数据采集卡10中的三路连接。三轴向压电加速度20作为被校准件，电荷放大器23对三轴向压电加速度20的振动信号放大后，传输给六路数据采集卡10。

三、三轴激光测振系统

继续参考图3-图6，三轴激光测振系统包括三轴激光测振仪、靶体19和三轴激光测振仪安装支、24；其中，三轴激光测振仪由X轴方向的激光测振仪16、Y轴方向的激光测振仪17、Z轴方向的激光测振仪18组成；三轴激光测振仪安装支架24为矩形架结构，其固定安装在三轴中频振动标准台的四周，X轴方向的激光测振仪16、Y轴方向的激光测振仪17、Z轴方向的激光测振仪18分别安装在三轴激光测振仪安装支架24上，靶体19安装在工作台面6的中心位置。

X轴方向的激光测振仪16、Y轴方向的激光测振仪17、Z轴方向的激光测振仪18均有位置微调功能，可对激光光路、照射光斑位置、大小以及反射光斑聚焦重合度等调整。X轴方向的激光测振仪16、Y轴方向的激光测振仪17、Z轴方向的激光测振仪18均采用激光多普勒频移和物体运动速度之间成正比(即v(t)＝k·Δf(t))的测量原理进行测量光路设计。激光头发出的光被分光棱镜分为两束光：参考光和物光，参考光经过Bragg盒后附加了40M的频移，物光经过偏振分光棱镜、λ/4波片之测量物体表面后返回到偏振分光镜3，和参考光相重合干涉，然后达到光电探测器表面。当物体沿着光轴方向运动产生△f的多普勒频移时，光电转换器接收到光电信号的频率为(40MHz±△f)；若物体静止不动，则△f为0，此时光电信号的频率即为40MHz，通过光电信号频率高于或低于40MHz可判断被测物体的运动方向。

具体地，在三轴激光测振仪安装支架24上X、Y方向的侧面支架的中间横梁上，分别固定安装有可调式支撑平台25，两个可调式支撑平台25与X轴方向的激光测振仪16和Y轴方向的激光测振仪17呈水平连接，可对X轴方向的激光测振仪16和Y轴方向的激光测振仪17进行水平和上下方向的微调整，以保证激光正对三轴中频振动标准台的工作台面6上的靶体19对应的X、Y反射面中心位置；三轴激光测振仪安装支架24的顶部的中间位置具有两根横梁26，在两根横梁26上安装有激光测振仪安装底座27，用于固定Z轴方向的激光测振仪18，以保证激光正对三轴中频振动标准台的工作台面6上的靶体19对应的Z反射面中心位置。三轴激光测振仪安装支架为铝合金型材组成的矩形方框结构，便于激光测振仪调整位置。

在三轴激光测振仪安装支架与三轴中频振动标准台之间设置有防震沟隔离，保证三轴中频振动标准台工作的振动不影响三个激光测振仪(X轴方向的激光测振仪16、Y轴方向的激光测振仪17、Z轴方向的激光测振仪18)激光光路的光信号的测量。

三个激光测振仪(X轴方向的激光测振仪16、Y轴方向的激光测振仪17、Z轴方向的激光测振仪18)由激光头和驱动器组成，激光头和驱动控制器组成，激光头与驱动控制器之间通过专用电缆连接，驱动控制器的输出端与六路数据采集卡10中的另三路连接，驱动控制器在为激光头供电的同时，接收激光头输出的光电信号，通过信号解调获得振动位移和速度，并提供实时位移和速度电压信号输出给六路数据采集卡10。

本发明提供的三轴中频振动装置的工作原理是计算机控制系统9输出数字X、Y、Z轴振动数字控制信号，经六路同振振动控制器11将数字控制振动信号转换为模拟控制输出信号，通过三轴功率放大器12驱动X轴振动台2、Y轴振动台3、Z轴振动台4分别产生X、Y、Z轴向振动，中间采用平面静压轴8将三个轴向振动传递给集成振动发生器5，集成振动发生器5的上端固定工作台面6，形成三轴同步复合振动。工作台面6安装的三个闭环控制振动传感器14将X、Y、Z三个分量的振动信号反馈给六路同振振动控制器11，形成闭环控制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。