一种陀螺马达转子径向质心轨迹测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种陀螺马达转子径向质心轨迹测试装置及测试方法，属于惯性仪表 元件测试领域。
【背景技术】
[0002] 陀螺马达主要用于陀螺仪表，为陀螺仪表提供稳定的角动量，以敏感外界干扰力 矩，因此，陀螺马达转子径向质心的稳定性对于陀螺仪表的精度有直接影响，测试陀螺马达 转子径向质心轨迹，分析马达转子质心稳定性对于改进陀螺马达设计，提高陀螺仪表精度 有重要意义。目前，国内外对于陀螺马达转子径向质心轨迹并未进行测试，只是通过马达装 配仪表后，通过仪表精度反映，但仪表精度包含的影响因素众多，并不能精确分离陀螺马达 转子质心变化。
[0003] 如何实现陀螺马达转子径向质心轨迹测试是航天领域亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种陀螺马达转子径向质心轨迹 测试装置及测试方法，可操作性好、测试精度高、操作简单，适合多种外转子型陀螺马达转 子径向质心轨迹测试。
[0005] 本发明目的通过如下技术方案予以实现：
[0006] -种陀螺马达转子径向质心轨迹测试装置，包括:分度头、安装支架、第一距离传 感器、第二距离传感器和第三距离传感器；
[0007] 所述分度头的三爪用于夹持支架；
[0008] 所述安装支架内部安装陀螺马达，所述第一距离传感器、第二距离传感器和第三 距离传感器固定在安装支架上，距离陀螺马达转子外缘的距离相同。
[0009] 优选的，还包括第一微调装置、第二微调装置和第三微调装置;所述第一距离传感 器通过所述第一微调装置固定在安装支架上，并调节第一距离传感器与陀螺马达转子外缘 之间的距离;所述第二距离传感器通过所述第二微调装置固定在安装支架上，并调节第二 距离传感器与陀螺马达转子外缘之间的距离;所述第三距离传感器通过所述第三微调装置 固定在安装支架上，并调节第三距离传感器与陀螺马达转子外缘之间的距离。
[0010] 优选的，所述第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器均为电容传感 器，测量精度为lnm，重复性< 5nm，15°C~35°C时漂< 20nm/h〇
[0011] 优选的，所述第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器轴线相交于一 点，交点的位置度小于2um 〇
[0012] 优选的，所述安装支架具有用于马达安装的V型槽以及第一距离传感器和第三距 离传感器的敏感部位安装过孔，陀螺马达转子径向质心轨迹测试装置还包括上盖板、左右 盖板以及压块;所述陀螺马达的两端通过压块压紧至安装支架的左右凸起，拧紧螺钉固定 陀螺马达;所述上盖板和左、右盖板分别封闭安装支架的上开口和左、右开口。
[0013] 同时提供一种基于所述陀螺马达转子径向质心轨迹测试装置测量的方法，包括如 下步骤：
[0014] (1)将陀螺马达安装于安装支架上；
[0015] (2)将上盖板用螺钉安装于安装支架上；
[0016] (3)分别安装第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器至第一微调装 置、第二微调装置和第三微调装置，将第一微调装置、第二微调装置和第三微调装置用螺钉 安装于安装支架上，调整三个距离传感器与陀螺马达外圆的距离至能够测量范围内；
[0017] (4)将安装支架利用分度头三爪夹紧；
[0018] (5)将左右盖板用螺钉安装于安装支架上；
[0019] (6)通过三个微调装置调整第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器 与陀螺马达外圆的距离至传感器线性区内，距离陀螺马达转子外缘的距离相同，误差< 5nm；
[0020] (7)对第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器通电，对陀螺马达通电 运转1小时；
[0021] (8)采集第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器测试数据，发送给控 制单元，控制单元进行数据处理，根据三点法圆度误差分离原理分离出陀螺马达转子圆度 误差，从而得到陀螺马达转子径向回转误差，即陀螺马达转子径向质心轨迹。
[0022]优选的，根据三点法圆度误差分离原理分离出陀螺马达转子圆度误差，从而得到 陀螺马达转子径向回转误差的具体方法为：第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离 传感器读数数据分别为一:^^&^^&^^则三个传感器的测量方程分别为：
[0023] Si(0)=r(0)+x(0)
[0024] S2(9) = r(9+a)+x(0)cosa+y(0)sina
[0025] S3(9) = r(9+0)+x(0)cosP+y(9)sinP
[0026] 对第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器测量方程分别取权系数为 1、&、&，进行加权相加，获得3(0);
[0028] 则 S(9) =r(9)+Ci*r(9+a)+C2*r(9+0)
[0029] 进行离散快速傅立叶变换，得到:R(n)=S(n)/W(n)
[0030] 其中R(n)表示转子圆度误差的离散傅立叶变换矩阵，S(n)表示三个传感器测量数 据的加权和的离散傅立叶变换矩阵，W( η)表示权系数矩阵。
[0031] 进行离散快速傅立叶逆变换得到陀螺马达转子圆度误差r(0)，即：
[0032] r(0) = IFFT[S(n)/ff(n)]
[0033] 贝lj，陀螺马达转子径向回转误差χ(θ)为:Χ(Θ)=&(Θ)-Γ(Θ);
[0034] 其中γ(Θ)表示转子圆度误差。
[0035] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0036] (1)本发明解决了陀螺马达转子径向质心轨迹无法测试的问题，设计了简单便捷 的操作工装，采用高精度电容位移传感器，通过微调装置进行传感器测试距离的调整，操作 简单，测量精度高。
[0037] (2)本发明采用三个高精度电容位移传感器，三个传感器轴线相交于一点，交点的 位置度小于2um，采用三点法圆度误差分离原理获得陀螺马达转子径向回转误差，引入的原 理误差小，测量精度高，可以精确评估转子回转误差。
[0038] (3)本发明采用了左右盖板实现了陀螺马达封闭在腔室内测试，减少了测试环境 温度、气流等因素对测试结果的影响。
[0039] (4)本发明设置分度头，采用分度头三爪夹持支架，可以测试马达在Η水平、Η竖直 状态的转子回转误差，测试马达Η轴转位前后及回原位置后的质心轨迹的变化，通过分度头 的精确转位，保证了测量精度。
[0040] (5)本发明采用三点法圆度误差分离法分离转子圆度误差，可以准确测量动压马 达转子回转误差，测试方法简单，测量结果准确。
【附图说明】
[0041 ]图1为本发明测试装置的俯视示意图；
[0042] 图2为本发明测试装置的局部右视图；
[0043] 图3为本发明测试装置安装支架的示意图，其中图（a)为主视图，图（b)为左视图， 图（c)为俯视图；
[0044]图4为三点法圆度误差分离原理示意图；
[0045]图5为本发明三传感器测量示意图。
【具体实施方式】
[0046] -种陀螺马达转子径向质心轨迹测试装置，将陀螺马达安装于测试装置上，根据 三点法圆度误差分离原理，利用N个微调装置分别将N个高精度电容位移传感器安装于测试 装置的三个方向上，对马达转子外圆进行测试，对测试数据进行处理，分离出陀螺马达转子 圆度误差，即可得到转子径向质心轨迹。
[0047]在实际测量中，至少需要3个距离传感器，当数量多于3个时，可以优选3个传感器， 通过计算权系数，使3个距离传感器对测量精度的影响降至最低。
[0048]参见图1和2,测试装置包括分度头1、安装支架4、第一距离传感器3、第二距离传感 器6和第三距离传感器10;所述分度头1的三爪装夹用于夹持支架;所述安装支架4内部安装 陀螺马达，所述第一距离传感器3、第二距离传感器6和第三距离传感器10分别固定第一微 调装置2、第二微调装置7和第三微调装置11在安装支架4上，用于调节距离传感器和陀螺马 达转子外缘之间的距离，使三个距离传感器到陀螺马达转子外缘的距离相同。将左右盖板 安装于测试装置左右两侧，以减小测试环境温度、气流等对测试结果的影响。
[0049] 安装支架4的具体结构参见图3,包括位于底部的装夹支座4-1，装夹支座4-1通过 分度头的三爪装夹，参见图3(a)，安装支架4具有上开口的中空容纳部4-2,用于容纳马达； 通过安装左、右盖板13、上盖板5形成封闭空间，以减少测试环境温度、气流等因素对测试结 果的影响。
[0050] 中空容纳部4-2的左、右侧面中部分别具有一个V型安装槽4-3,用于安装马达轴； 参见图3(b)中空容纳部4-2的左、右侧面具有位于左部的传感器安装孔4-4,将传感器的敏 感部位经安装孔4-4穿过，检测距离；前、后侧面分别具有的3个微调装置安装螺钉孔4-5。 左、右侧面具有还分别具有2个左右盖板安装螺钉孔4-6;参见图3 (c)左、右侧面顶端还分别 具有2个矩形压块安装螺钉孔4-7,矩形压块用于将马达轴压紧固定，前、后侧面顶部分别具 有的2个上盖板安装螺钉孔4-8。
[0051 ] 其测试步骤如下：
[0052] (1)先将陀螺马达通过压块、拧紧螺钉安装于支架上；
[0053] (2)将上盖板用螺钉安装于支架上；
[0054] (3)将分别安装传感器的3个微调装置用螺钉安装于支架上，并适当调整传感器与 陀螺马达外圆的距离至可测量范围内；
[0055] (4)将安装支架利用分度头三爪夹紧；
[0056] (5)连接好陀螺马达电源线，将左右盖板用螺钉安装于支架上；
[0057] (6)分别通过微调装置精确调整传感器与陀螺马达外圆的距离至传感器线性区 内，并微调使三个传感器输出大致相等，差值< 5nm;
[0058] (7)对传感器通电，对陀螺马达通电运转，稳定1小时；
[0059 ] (8)起动测试，采集传感器测试数据；
[0060] (9)对测试数据进行数据处理，根据三点法圆度误差分离原理即可分离出陀螺马 达转子圆度误差，从而得到马达转子径向回转误差，即转子径向质心轨迹。
[0061] 测试装置还包括所用的传感器为电容传感器，其测量精度为lnm，重复性<5