扭摆法转动惯量测量中扭杆温度补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种扭杆温度补偿方法。
【背景技术】
[0002] 在利用扭摆法转动惯量测量台测量物体转动惯量的过程中，环境温度的变化或者 扭杆扭摆过程中的发热都会使得扭杆的温度发生变化，扭杆的温度变化使得其扭摆周期发 生变化。所W，扭杆的温度变化会给转动惯量测量台的测量的精度带来一定的影响。
[0003] 国内研制的转动惯量测量仪器现阶段大部分都没有提出扭杆温度变化对测量精 度的影响情况，也都未采取相应的温度补偿措施。国外的一些转动惯量测量仪器精度要优 于国内的产品，有些产品考虑到了温度对测量精度的影响并且提出了一些减小温度影响的 措施，比如美国空间电子公司（SpaceElectronics)的GB系列产品（GB3300和GB8800)转 动惯量的测量精度达到0. 1 %，为了使测量达到最优的精度，要求在使用此系列产品时周围 环境温度的变化控制在±rc内，并且采用扭杆底端连接到扭杆夹的方式来减少由于机架 热膨胀W及气浮轴承间隙微小变化导致的扭杆刚度变化。
[0004] 温度对物体物理性能的影响情况往往受到物体的材料种类、物体的形状特性W及 环境温度的变化情况等多方面的影响，实际研究中常常采用的是实验的方法，通过具体的 实验来找出温度变化对物体的物理特性的影响规律。此研究就是通过实验找出温度变化对 转动惯量测量台测量精度的影响的规律，根据找出的规律，对扭杆温度变化所导致的测量 误差进行补偿和修正。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是为了解决现有利用扭摆法转动惯量测量台测量物体转动惯量的过 程中，扭杆的温度变化影响转动惯量测量台测量精度的问题，提供了一种扭摆法转动惯量 测量中扭杆温度补偿方法。
[0006] 本发明所述扭摆法转动惯量测量中扭杆温度补偿方法，该温度补偿方法基于扭摆 法转动惯量测量台实现，
[0007] 将待测物体放置在转台上，将转台转过一个角度释放，在忽略了空气阻巧的条件 下，刚体对于转台的扭摆周期与刚体对于转动惯量测量台转轴的转动惯量之间有如下关 系：
[0008]
【主权项】
1.扭摆法转动惯量测量中扭杆温度补偿方法，其特征在于，该温度补偿方法基于扭摆 法转动惯量测量台实现， 将待测物体放置在转台上，将转台转过一个角度释放，在忽略了空气阻尼的条件下，刚 体对于转台的扭摆周期与刚体对于转动惯量测量台转轴的转动惯量之间有如下关系：
(1)， 其中，D表示扭杆的扭转刚度，
-是与扭杆的扭转刚度有关的系数，T为扭摆周 期； 转动惯量测量台在23°C时的转动周期TM:
其中，Jm表示实际测量物体的转动惯量，Jk表示测量台负载的转动惯量，b k表示23°C时 的扭摆周期值； 当扭杆温度变化△ K度时扭杆温度变化对周期的影响值Tc为： Tc= akAK (3)， 其中，ak表示扭摆周期随温度变化的系数； 根据公式（1)、（2)和（3)获取扭杆温度变化对转动惯量测量值的影响值R :
在转台空载、两个标准砝码负载、四个标准砝码负载和六个标准砝码负载四种情况下 测量扭杆温度变化时的扭摆周期和转动惯量的变化，利用最小二乘法拟合出转台扭摆周期 随扭杆温度变化的一次曲线，设拟合出的曲线方程为： y = ak (x-23) +bk (6)， 其中，x表示扭杆的温度，单位为°〇，y表示扭杆温度变化时测得的周期数据； 将上述四种情况下获得的t的平均值带入公式（5)中，获得R的准确值为： R = 2. 95X IO^4X ΔΚ+2. 16X IO^8X ΔΚ2 (7)； 获得温度对转动惯量测量精度影响的表达式：R = (2. 95 X KT2X Λ K) % ; 对扭杆的扭转刚度有关的系数A进行修正后的转动惯量为： J = A (1-2. 95 X KT4 X Δ Κ) Tm2-J0， 其中，Jq为23°C时空载转台的转动惯量值，Jq= 93. 42Kg · m2; 对扭杆的扭转刚度有关的系数A进行修正后即为对温度导致的转动惯量测量误差进 行补偿。
2. 根据权利要求1所述的扭摆法转动惯量测量中扭杆温度补偿方法，其特征在于，在 转台空载、两个标准砝码负载、四个标准砝码负载和六个标准砝码负载四种情况下，a k分别 为：4. 15X 10-4、5· 35X 10-4、6· 29X 10-4、6· 60X 1〇Λ bk分别为：2· 84、3· 60、4· 21 和 4. 53。
3. 根据权利要求1所述的扭摆法转动惯量测量中扭杆温度补偿方法，其特征在于，测 量的相对误差为：
【专利摘要】扭摆法转动惯量测量中扭杆温度补偿方法，涉及一种扭杆温度补偿方法，本发明为解决现有利用扭摆法转动惯量测量台测量物体转动惯量的过程中，扭杆的温度变化影响转动惯量测量台测量精度的问题。本发明基于扭摆法转动惯量测量台实现，将待测物体放置在转台上，测量扭杆温度变化时的扭摆周期和转动惯量的变化，利用最小二乘法拟合曲线的方法获取了扭杆刚度系数A随温度变化的规律，利用该规律对转动惯量测量结果进行温度误差补偿。本发明用于利用扭摆法转动惯量测量台测量物体转动惯量中。
【IPC分类】G01M1-02, G01M1-10
【公开号】CN104865008
【申请号】CN201510001532
【发明人】张晓琳, 唐文彦, 王军, 邹斌
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年1月4日