旋转角加速度传感器的标定方法

文档序号:9630569阅读:1022来源:国知局
旋转角加速度传感器的标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供了一种角加速度传感器的标定方法,更具体的是涉及一种旋转角加速 度传感器的标定方法。
【背景技术】
[0002] 旋转角加速度是一个非常重要的动态角参量,通过对角加速度的测量,就可以分 析旋转系统转轴对各种激励的响应情况。目前,旋转角加速度测量在汽车、军事、航空航天、 工业、电子等多个领域得到了广泛的应用。
[0003] 由于旋转角加速度的测量精度很大程度上依赖于标定的准确度,因此旋转角加速 度的校准技术也开始受到重视,国内外很多学者在这一方面进行了大量的研究。例如,北京 长城计量测试研究所设计了一种低频标准角振动台;中科院在线加速度传感器标定方法的 基础上,根据质量一转动惯量等效原理,提出了一种多维角加速度传感器的静态标定方法; 德国联邦物理技术研究院(PTB)在国际上率先建立了角振动国家标准装置,美国、日本、韩 国等许多国家的计量机构正在开展动态角运动校准技术研究;此外还有通过对角位移或者 角度进行微分处理后来校准角加速度的间接标定方法,但测量误差较大,不适于作为动态 角运动量计量标准的溯源途径。

【发明内容】

[0004] 为了解决以上的不足,本发明提供了一种旋转角加速度传感器的标定方法,能够 校准旋转角加速度传感器。
[0005] 本发明提供:一种旋转角加速度传感器的标定方法,其步骤如下,
[0006] -、标定装置通电后产生旋转磁场,通过
[0007]
[0008] 获得旋转磁场一个周期内转过的角度沪(〇 ;
[0009] 二、确定标定装置主、副绕组的有效匝数比K ;
[0010] 三、利用步骤二中获得的有效匝数比K,以及标定装置的绕组电压参数,通过
[0011]
[0012] 获得旋转磁场的椭圆度a
[0013] 四、利用椭圆度c^,并通过步骤一得到任意t时刻旋转磁场的角加速度公式
[0014]
[0015] 获得旋转角加速度量值。
[0016] 五、同轴连接角加速度传感器与标定装置,测取传感器的输出电压,用以标定传感 器的灵敏度和线性误差;
[0017] 六、改变标定装置的通电频率,获取频率变化的角加速度量值,用以标定角加速度 传感器的响应频率范围。
[0018] 步骤二中,首先对主绕组施加额定电压U1N,获得
i后对副绕组 施加电压u2,获彳|,将两者相乘获彳I
.从而获得主副绕组 有效匝数比K=Γν?Ν2。
[0019] 本发明能够对角加速度量值进行直接溯源,且标定装置产生的旋转角加速度量值 具有较高的信噪比,能够保证标定结果具有较高的准确度。
【附图说明】
[0020] 图1为标定装置绕组通电一个周期的脉振磁场波形图。
[0021 ] 图2为旋转磁场示意图。
[0022] 图3为旋转磁场角加速度波形图。
[0023] 图4为标定装置绕组电压一磁通关系相量图。
[0024] 图5(a)、图5(b)为测定标定装置主、副绕组有效匝数比原理图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本发明实施例作进一步说明:
[0026] 本发明提供一种旋转角加速度传感器的标定方法,用于校准旋转角加速度传感 器。
[0027] 旋转角加速度激励源一般分为电磁式和电机式,而本发明基于角加速度激励源为 单相感应电动机。该单相感应电动机的定子绕组为主、副两相绕组,在空间上互相正交,且 副绕组一般为串接电容后与主绕组并联。当主、副绕组通入交流电后,两相绕组分别产生脉 振磁场,对两个脉振磁场在直轴和交轴这两个正交的方向进行分解,合成后分别为Φi(t) 和?2(t),一个周期的波形如图1所示,其数学表达式为:
[0028]
[0029] 根据磁场合成法则,幅值不同的两个脉振磁场,合成后为如图2所示的旋转磁场, 其中为t时刻旋转磁场转过的角位移。
[0030] 由图1和图2可知,当cot从0增至90°时,磁场义⑴幅值由0增至Φ1ηι,磁场 ①2(t)幅值一直为Ο;当ω?从90。增加时,开始开多成旋转磁场,转向为顺时针方向,当ω?从90。到180。变化时,0<炉坊<90,且有:
[0031]
[0032] 通过对式(2)进行二阶求导,即可得到任意t时刻旋转磁场的角加速度为:
[00331
[0034] 式中
,.定义为旋转磁场的椭圆度。
[0035] 单相感应电动机理想空载运行时,转子电流为零,转子与旋转磁场同步转动,即转 子的角加速度与旋转磁场的角加速度相同。假设交流电压为50Hz,则根据式(3)可知旋转 磁场的角加速度频率为100Hz,采用数值计算软件对a 〇. 8时旋转磁场的角加速度进行 仿真,结果如图3所示。
[0036] 能够得出结论:如果能够测取旋转磁场的椭圆度信息<^,就可以根据式(3)得到 相应的转子旋转角加速度量值。
[0037] 基于上述描述,首先去获得主、副绕组有效匝数比,为了获取旋转磁场的椭圆度信 息,需要测取主、副绕组的有效匝数比,测定方法如图5(a)和图5(b)所示。
[0038] 首先对主绕组施加额定电压U1N,如图5(a)所示,产生的磁通量为,忽略主绕组 的漏阻抗,则存在:
[0039] U1N^ 4.44ΓΝ!?! (4),
[0040] 设转子的结构参数为常数Ce,电动机空载运行,转速为ηι,则转子导条切割磁通量 Φ:产生的动生电动势为:
[0041] Er= ΟβΦιηι (5),
[0042] 电动势的方向可以根据右手定则判断,如图5(a)所示。设转子导条的等效电阻为 R,则转子导条电流为:
[0043]
[0044] 假设电机磁路不饱和,磁化系数为β,则转子导条电流产生的磁通量为:
[0045] ΦΓ= β?Γ (7),
[0046] 副绕组开路,则副绕组中的感应电动势为:
[0047]E2= 4. 44fN2?r (8),
[0048] 联立式⑷~式(8),可得:
[0049]
[0050] 然后对副绕组施加电压1]2,如图5(b)所示,产生的磁通量为Φ2,忽略副绕组的漏 阻抗,则存在:
[0051] U2^ 4.44fN2?2 (10),
[0052] 电机同样空载运行,设此时转子转速为n2,则转子导条切割磁通量Φ2产生的动生 电动势为:
[0053] Err= C eC>2n2 (11),
[0054] 感应电动势的方向用右手定则判断,如图5(b)所示。此时转子导条中的电流为:
[0055]
[0056] 假设电机磁路不饱和,则转子导条电流产生的磁通量为:
[0057] ΦΓΓ= β i rr (13),
[0058] 主绕组开路,则主绕组中的感应电动势为:
[0059] Ei= 4. 44fNi?rr (14),
[0060]联立式(10)~式(14),可得:
[0061]
[0062] 式(9)与式(15)相乘可得:
[0063]
[0064] 根据式(16)可以得到主、副绕组的有效匝数比。
[0065] 利用上述步骤获得主、副绕组的有效匝数比K=Ni/N2。
[0066] 其次,利用得到的主、副绕组的有效匝数比,来得出椭圆度c^。其方法如下:
[0067] 椭圆度的获取需要得到直轴和交轴两个正交方向脉振磁场的幅值。忽略主、副绕 组的漏阻抗,根据变压器公式,主绕组电压4与产生的磁通量#和副绕组电压[_/2与产生的 磁通量Φ2,满足方程:
[0068]
[0069] 式中f为通电频率,&和心分别为主、副绕组的有效匝数。由于电动机工作时为 副绕组串接电容后与主绕组并联,由此可知:
[0070]
[0071] 式中A为副绕组串接电容两端的电压。根据公式(17)和公式(18)得到的电 压-磁通相量关系如图4所示,图中Θ为主、副绕组电压的相位差,其大小可以通过余弦定 理获取。
[0072] 将图中副绕组产生的磁通量进行分解,分量一与主绕组产生的磁通量方向一致, 分量二与主绕组产生的磁通量方向垂直,由此可得:
[0073]
[0074] 利用上个步骤中得到的主、副绕组的有效匝数比K,得出椭圆度,然后根据椭圆度 和公式3来获得相应的转子旋转角加速度量值。
[0075] 同轴连接角加速度传感器与标定装置,测取传感器的输出电压,用以标定传感器 的灵敏度和线性误差。
[0076] 改变标定装置的通电频率,获取频率变化的角加速度量值,用以标定角加速度传 感器的响应频率范围。
[0077] 本发明阐述了旋转角加速度量值的获得方法,该方法能够对角加速度量值进行直 接溯源,且标定装置产生的角加速度量值具有较高的信噪比,能够保证标定结果具有较高 的准确度。
[0078] 实施例不应视为对本发明的限制,但任何基于本发明的精神所作的改进,都应在 本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种旋转角加速度传感器的标定方法,其特征在于:其步骤如下,一、标定装置通电 后产生旋转磁场,通过获得旋转磁场一个周期内转过的角度炉(0; 二、 确定标定装置主、副绕组的有效匝数比K; 三、 利用步骤二中获得的有效匝数比K,以及标定装置的绕组电压参数,通过获得旋转磁场的椭圆度 四、 利用椭圆度<^,并通过步骤一得到任意t时刻旋转磁场的角加速度公式获得旋转角加速度量值。 五、 同轴连接角加速度传感器与标定装置,测取传感器的输出电压,用以标定传感器的 灵敏度和线性误差; 六、 改变标定装置的通电频率,获取频率变化的角加速度量值,用以标定角加速度传感 器的响应频率范围。2. 根据权利要求1所述的旋转角加速度传感器的标定方法,其特征在于,步骤二中, 首先对主绕组施加额定电压I1N,,然后对副绕组施加电压U2,获得,将两者相乘获得·,从中获得主副绕组有效匝数比K= &/ n2〇
【专利摘要】本发明提供一种旋转角加速度传感器的标定方法,其步骤如下,一、标定装置通电后产生旋转磁场,获得旋转磁场一个周期内转过的角度表达式二、确定标定装置主、副绕组的有效匝数比K;三、利用步骤二中获得的有效匝数比K,以及标定装置的绕组电压参数,获得旋转磁场的椭圆度αe;四、利用椭圆度αe和步骤一获得旋转角加速度量值;五、同轴连接角加速度传感器与标定装置,测取传感器的输出电压,以标定传感器的灵敏度和线性误差;六、改变标定装置的通电频率,获取频率变化的角加速度量值,以标定角加速度传感器的响应频率范围,采用该方法,能对角加速度量值进行直接溯源,且标定装置产生的角加速度量值具有较高的信噪比,能保证标定结果具有较高的准确度。
【IPC分类】G01P21/00
【公开号】CN105388326
【申请号】CN201510724620
【发明人】赵浩, 冯浩, 吴晓阳
【申请人】嘉兴学院
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月29日
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