一種用于角加速度測(cè)量的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的一種用于角加速度測(cè)量的裝置，涉及角加速度測(cè)量技術(shù)，能夠降低石英撓性加速度計(jì)進(jìn)行角加速度測(cè)量時(shí)高昂的標(biāo)定成本和時(shí)間成本。該裝置兩只石英撓性加速度計(jì)敏感軸平行安裝，兩只石英撓性加速度計(jì)質(zhì)心之間的距離通過(guò)精密角振動(dòng)臺(tái)精確標(biāo)定得出，兩只石英撓性加速度計(jì)，敏感到的線加速度可分解為指向旋轉(zhuǎn)軸方向的向心加速度a向和垂直于向心加速度的切向加速度a切兩個(gè)分量，通過(guò)兩只石英撓性加速度計(jì)輸出值的差值與標(biāo)定距離的比值計(jì)算得到被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體的角加速度，用于角加速度測(cè)量。
【專利說(shuō)明】
一種用于角加速度測(cè)量的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及角加速度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于角加速度測(cè)量的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 石英撓性加速度計(jì)作為一種線加速度傳感器，廣泛應(yīng)用于慣性導(dǎo)航、碰撞檢測(cè)等 領(lǐng)域，通過(guò)測(cè)量運(yùn)動(dòng)載體的線加速度值，經(jīng)過(guò)積分轉(zhuǎn)化為速率和位移。
[0003] 在工業(yè)生產(chǎn)和生活服務(wù)中，轉(zhuǎn)軸方向固定的運(yùn)動(dòng)形式普遍存在，比如各種轉(zhuǎn)臺(tái)和 角振動(dòng)臺(tái)；對(duì)于這種運(yùn)動(dòng)形式，通過(guò)測(cè)量垂直于其轉(zhuǎn)軸方向的平面上任意一點(diǎn)的線加速度 以及該測(cè)量點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸中心的距離，可得到切向加速度計(jì)，切向加速度計(jì)與距離之比即為角 加速度計(jì)。其缺點(diǎn)在于測(cè)量點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸中心的距離需要精確變動(dòng)，并且每測(cè)量一次均需要重 新標(biāo)定一次，高昂的標(biāo)定成本和時(shí)間成本制約了基于石英撓性加速度計(jì)進(jìn)行角加速度測(cè)量 的推廣和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種用于角加速度測(cè)量的裝置，能 夠降低石英撓性加速度計(jì)進(jìn)行角加速度測(cè)量時(shí)高昂的標(biāo)定成本和時(shí)間成本。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案：
[0006] -種用于角加速度測(cè)量的裝置，用于轉(zhuǎn)軸方向固定的運(yùn)動(dòng)形式的角加速度測(cè)量， 該裝置包括安裝基座、兩只石英撓性加速度計(jì)和信號(hào)處理電路；
[0007] 所述安裝基座分為頂部、中間隔層和底部，所述安裝基座的底部用于和被測(cè)運(yùn)動(dòng) 載體臺(tái)面連接，所述安裝基座的頂部設(shè)有第一加速度計(jì)安裝槽和第二加速度計(jì)安裝槽，所 述第一加速度計(jì)安裝槽和所述第二加速度計(jì)安裝槽各自安裝一只石英撓性加速度計(jì)，兩只 石英撓性加速度計(jì)敏感軸平行安裝，兩只石英撓性加速度計(jì)質(zhì)心之間的距離通過(guò)精密角振 動(dòng)臺(tái)精確標(biāo)定得出，兩只石英撓性加速度計(jì)質(zhì)心連線保持水平，通過(guò)兩只石英撓性加速度 計(jì)輸出值的差值與標(biāo)定距離的比值計(jì)算得到被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體的角加速度；
[0008] 所述安裝基座的中間隔層用于放置信號(hào)處理電路板，所述安裝基座的底部設(shè)有多 個(gè)螺紋孔，穿過(guò)螺紋孔的螺桿將信號(hào)處理電路板固定在中間隔層內(nèi)。
[0009] 進(jìn)一步可選的，所述第一加速度計(jì)安裝槽和所述第二加速度計(jì)安裝槽中心距離為 50mm-200mm〇
[0010] 進(jìn)一步可選的，所述安裝基座的底部設(shè)有快速安裝槽，被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體臺(tái)面上的螺 栓伸入所述快速安裝槽內(nèi)，將所述安裝基座固定在被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體臺(tái)面上。
[0011] 進(jìn)一步可選的，所述信號(hào)處理電路包括AD轉(zhuǎn)換模塊和處理器；
[0012] 其中，所述AD轉(zhuǎn)換模塊用于接收兩只石英撓性加速度計(jì)的信號(hào)，所述處理器通過(guò)
計(jì)算被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體的角 加速度，
[0013] 其中，ai = a坰+ai切=(Risin9) (02+(1^089)8=11()02+1^ ;
[0014] a2 = a2向+a徹=(R2sinP) ω 2+(R2cosP) ε =ho ω 2+κε ;
[0015] a向=(Risin9) ω2 = hoω2;
[0016] at)=(Ricos9)e = rie ；
[0017] 式中，a向是向心加速度，a切是切向加速度，R1為石英撓性加速度計(jì)質(zhì)心和旋轉(zhuǎn)軸之 間的距離，角度Θ為加速度計(jì)敏感軸方向和加速度計(jì)質(zhì)心、旋轉(zhuǎn)軸連線的夾角的余角，ω為 測(cè)量載體的角速率，ε為測(cè)量載體當(dāng)前的角加速度，d0是兩只加速度計(jì)質(zhì)心之間的距離，ho 是加速度計(jì)質(zhì)心和轉(zhuǎn)軸連線在其敏感軸方向上的投影高度，ri是加速度計(jì)質(zhì)心和轉(zhuǎn)軸連線 在其敏感軸垂直方向上的投影距離。
[0018] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于角加速度測(cè)量的裝置，兩只石英撓性加速度計(jì)，敏 感到的線加速度可分解為指向旋轉(zhuǎn)軸方向的向心加速度a向和垂直于向心加速度的切向加 速度a切兩個(gè)分量，通過(guò)兩只石英撓性加速度計(jì)輸出值的差值與標(biāo)定距離的比值計(jì)算得到被 測(cè)運(yùn)動(dòng)載體的角加速度，該裝置可避免安裝距離測(cè)量一次標(biāo)定一次的問(wèn)題，從而將石英撓 性加速度計(jì)從線加速度測(cè)量領(lǐng)域擴(kuò)展至角加速度測(cè)量領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 所包括的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步的理解，其構(gòu)成了說(shuō)明書(shū)的一部 分，用于例示本發(fā)明的實(shí)施例，并與文字描述一起來(lái)闡釋本發(fā)明的原理。顯而易見(jiàn)地，下面 描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造 性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020] 圖1、圖2、圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于角加速度測(cè)量的裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中信號(hào)處理電路原理圖；
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中石英撓性加速度計(jì)線加速度測(cè)量原理圖；
[0023]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中石英撓性加速度計(jì)組合角加速度測(cè)量原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在下面的描述中，出于解 釋而非限制性的目的，闡述了具體細(xì)節(jié)，以幫助全面地理解本發(fā)明。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，也可以在脫離了這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中實(shí)踐本發(fā)明。
[0025] 在此需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示 出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的設(shè)備結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不 大的其他細(xì)節(jié)。
[0026] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于角加速度測(cè)量的裝置，如圖1、圖2、圖3所示，包括安裝 基座、兩只石英撓性加速度計(jì)和信號(hào)處理電路；
[0027] 安裝基座分為頂部、中間隔層和底部，安裝基座的底部用于和被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體臺(tái)面 連接，安裝基座的頂部設(shè)有第一加速度計(jì)安裝槽和第二加速度計(jì)安裝槽，第一加速度計(jì)安 裝槽和第二加速度計(jì)安裝槽各自安裝一只石英撓性加速度計(jì)，兩只石英撓性加速度計(jì)敏感 軸平行安裝，兩只石英撓性加速度計(jì)質(zhì)心之間的距離通過(guò)精密角振動(dòng)臺(tái)精確標(biāo)定得出，兩 只石英撓性加速度計(jì)質(zhì)心連線保持水平，通過(guò)兩只石英撓性加速度計(jì)輸出值的差值與標(biāo)定 距離的比值計(jì)算得到被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體的角加速度；
[0028]安裝基座的中間隔層用于放置信號(hào)處理電路板，安裝基座的底部設(shè)有多個(gè)螺紋 孔，穿過(guò)螺紋孔的螺桿將信號(hào)處理電路板固定在中間隔層內(nèi)。
[0029]優(yōu)選的，第一加速度計(jì)安裝槽和第二加速度計(jì)安裝槽中心距離為0_200mm，尤其可 選則50mm-200mm之間的任一距離。
[0030]優(yōu)選的，安裝基座的底部設(shè)有快速安裝槽，被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體臺(tái)面上的螺栓伸入所述 快速安裝槽內(nèi)，將安裝基座固定在被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體臺(tái)面上。
[0031] 優(yōu)選的，如圖4所示，信號(hào)處理電路包括AD轉(zhuǎn)換模塊和處理器;其中，AD轉(zhuǎn)換模塊用于接收兩 只石英撓性加速度計(jì)的信號(hào)， 計(jì)算被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體的角加速度，
[0032] 其中，ai = a坰+ai切=(Risin9) (02+(1^089)8=11()02+1^ ;
[0033] a2 = a2向+a徹=(R2sinP) ω 2+(R2cosP) ε =h〇 ω 2+ηε ;
[0034] a向=(Risin9) ω2 = h〇ω2;
[0035] a切=(Ricos9)e = rie ;
[0036] 式中，a向是向心加速度，a切是切向加速度，R1為石英撓性加速度計(jì)質(zhì)心和旋轉(zhuǎn)軸之 間的距離，角度Θ為加速度計(jì)敏感軸方向和加速度計(jì)質(zhì)心、旋轉(zhuǎn)軸連線的夾角的余角，ω為 測(cè)量載體的角速率，ε為測(cè)量載體當(dāng)前的角加速度，dO是兩只加速度計(jì)質(zhì)心之間的距離，ho 是加速度計(jì)質(zhì)心和轉(zhuǎn)軸連線在其敏感軸方向上的投影高度，ri是加速度計(jì)質(zhì)心和轉(zhuǎn)軸連線 在其敏感軸垂直方向上的投影距離。
[0037] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于角加速度測(cè)量的裝置，兩只石英撓性加速度計(jì)，敏 感到的線加速度可分解為指向旋轉(zhuǎn)軸方向的向心加速度a向和垂直于向心加速度的切向加 速度a切兩個(gè)分量，通過(guò)兩只石英撓性加速度計(jì)輸出值的差值與標(biāo)定距離的比值計(jì)算得到被 測(cè)運(yùn)動(dòng)載體的角加速度，該裝置可避免安裝距離測(cè)量一次標(biāo)定一次的問(wèn)題，從而將石英撓 性加速度計(jì)從線加速度測(cè)量領(lǐng)域擴(kuò)展至角加速度測(cè)量領(lǐng)域。
[0038] 為了讀者清楚上述實(shí)施例提供的用于角加速度測(cè)量的裝置的工作原理及工作過(guò) 程，下面結(jié)合實(shí)例詳述使用上述裝置進(jìn)行角加速度測(cè)量的過(guò)程：
[0039] 石英撓性加速度計(jì)組合通過(guò)3安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)平面上，用以測(cè)量來(lái)自向心和切向兩個(gè) 方向的加速度。
[0040] 安裝于1和2位置處的兩只石英撓性加速度計(jì)，敏感到的線加速度可分解為指向旋 轉(zhuǎn)軸方向的向心加速度a向和垂直于向心加速度的切向加速度a切兩個(gè)分量，如圖5所示，其 中：
[0041 ]向心加速度a向大小取決于加速度計(jì)質(zhì)心和轉(zhuǎn)軸連線在其敏感軸方向上的投影高 度h〇,即：a向=(Risin9) ω2 = ]ι〇ω2;
[0042] 切向加速度a切大小取決于加速度計(jì)質(zhì)心和轉(zhuǎn)軸連線在其敏感軸垂直方向上的投 影距離ri，即：a切=(Ricos9)e =ηε。
[0043] 其中，Ri為石英撓性加速度計(jì)質(zhì)心和旋轉(zhuǎn)軸之間的距離，角度Θ為加速度計(jì)敏感軸 方向和加速度計(jì)質(zhì)心、旋轉(zhuǎn)軸連線的夾角的余角，ω為測(cè)量載體的角速率，ε為測(cè)量載體當(dāng) 前的角加速度。
[0044] 兩只加速度計(jì)質(zhì)心之間的距離do在應(yīng)用前已經(jīng)通過(guò)角振動(dòng)臺(tái)精確標(biāo)定得出，無(wú)需 反復(fù)標(biāo)定，在圖6所示的測(cè)量方案中，存在如下方程：
[0045] ai = ai向+ai切=(Risin9) co2+(Ricos9)e=h〇c〇2+rie ;
[0046] a2 = a響+a徹=(R2sinP) ω 2+(R2cosP) ε =ho ω 2+κε ;
[0047] 兩式相減可得到：
[0049] 上述運(yùn)算功能由信號(hào)處理電路完成，信號(hào)處理電路通過(guò)四處安裝孔4固定于安裝 基座上。
[0050] 在本測(cè)量方案中，石英撓性加速度計(jì)組合測(cè)量精度和分辨率受限于石英撓性加速 度計(jì)自身的測(cè)量能力。石英撓性加速度計(jì)典型的靜態(tài)分辨率為l(T 5m/S2(l )( l(T6g)，測(cè)量范 圍為l〇g，假設(shè)兩個(gè)加速度計(jì)質(zhì)心距離do為50mm:
[00511本加速度計(jì)組合測(cè)量分辨率為：
[0053]本加速度計(jì)組合測(cè)量范圍為：
[0055] 如上針對(duì)一種實(shí)施例描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更 多個(gè)其它實(shí)施例中使用，和/或與其它實(shí)施例中的特征相結(jié)合或替代其它實(shí)施例中的特征 使用。
[0056] 應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語(yǔ)"包括/包含"在本文使用時(shí)指特征、整件、步驟或組件的存在，但并 不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整件、步驟、組件或其組合的存在或附加。
[0057] 這些實(shí)施例的許多特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)該詳細(xì)描述是清楚的，因此所附權(quán)利要求旨在 覆蓋這些實(shí)施例的落入其真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這些特征和優(yōu)點(diǎn)。此外，由于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員容易想到很多修改和改變，因此不是要將本發(fā)明的實(shí)施例限于所例示和描述的精 確結(jié)構(gòu)和操作，而是可以涵蓋落入其范圍內(nèi)的所有合適修改和等同物。
[0058] 本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于角加速度測(cè)量的裝置，其特征在于，用于轉(zhuǎn)軸方向固定的運(yùn)動(dòng)形式的角加 速度測(cè)量，該裝置包括安裝基座、兩只石英曉性加速度計(jì)和信號(hào)處理電路； 所述安裝基座分為頂部、中間隔層和底部，所述安裝基座的底部用于和被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體 臺(tái)面連接，所述安裝基座的頂部設(shè)有第一加速度計(jì)安裝槽和第二加速度計(jì)安裝槽，所述第 一加速度計(jì)安裝槽和所述第二加速度計(jì)安裝槽各自安裝一只石英曉性加速度計(jì)，兩只石英 曉性加速度計(jì)敏感軸平行安裝，兩只石英曉性加速度計(jì)質(zhì)屯、之間的距離通過(guò)精密角振動(dòng)臺(tái) 精確標(biāo)定得出，兩只石英曉性加速度計(jì)質(zhì)屯、連線保持水平，通過(guò)兩只石英曉性加速度計(jì)輸 出值的差值與標(biāo)定距離的比值計(jì)算得到被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體的角加速度； 所述安裝基座的中間隔層用于放置信號(hào)處理電路板，所述安裝基座的底部設(shè)有多個(gè)螺 紋孔，穿過(guò)螺紋孔的螺桿將信號(hào)處理電路板固定在中間隔層內(nèi)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一加速度計(jì)安裝槽和所述第二加速 度計(jì)安裝槽中屯、距離為50mm-200mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述安裝基座的底部設(shè)有快速安裝槽，被 測(cè)運(yùn)動(dòng)載體臺(tái)面上的螺栓伸入所述快速安裝槽內(nèi)，將所述安裝基座固定在被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體臺(tái) 面上。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理電路包括AD轉(zhuǎn)換模塊和處理 器； 其中，所述AD轉(zhuǎn)換模塊用于接收兩只石英曉性加速度計(jì)的信號(hào)，所述處理器通過(guò)公式計(jì)算被測(cè)運(yùn)動(dòng)載體的角加速 度，式中，a向是向屯、加速度，a切是切向加速度，R1為石英曉性加速度計(jì)質(zhì)屯、和旋轉(zhuǎn)軸之間的 距離，角度Θ為加速度計(jì)敏感軸方向和加速度計(jì)質(zhì)屯、、旋轉(zhuǎn)軸連線的夾角的余角，ω為測(cè)量 載體的角速率，ε為測(cè)量載體當(dāng)前的角加速度，do是兩只加速度計(jì)質(zhì)屯、之間的距離，ho是加 速度計(jì)質(zhì)屯、和轉(zhuǎn)軸連線在其敏感軸方向上的投影高度，ri是加速度計(jì)質(zhì)屯、和轉(zhuǎn)軸連線在其 敏感軸垂直方向上的投影距離。
【文檔編號(hào)】G01P21/00GK106093468SQ201610510913
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】王洋, 吳楠, 韓旭, 于湘濤, 張菁華, 付秀娟, 張吉, 許中生, 楊守安
【申請(qǐng)人】航天科工慣性技術(shù)有限公司