專利名稱：一種面向動(dòng)量輪的三自由度振動(dòng)頻譜測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種振動(dòng)頻譜測(cè)量系統(tǒng)，尤其涉及一種面向動(dòng)量輪的三自 由度振動(dòng)頻譜測(cè)量系統(tǒng)，主要應(yīng)用于空間應(yīng)用動(dòng)量輪的振動(dòng)信號(hào)測(cè)量。
背景技術(shù)：
作為衛(wèi)星的高頻振動(dòng)源，動(dòng)量輪的振動(dòng)問(wèn)題是制約航天器姿態(tài)控制精度和
穩(wěn)定度提高的主要因素之一。早在上世紀(jì)70年代美國(guó)就開(kāi)始了動(dòng)量輪振動(dòng)測(cè) 量技術(shù)的相關(guān)研究工作，研究動(dòng)量輪的振動(dòng)特性。近些年來(lái)日本也開(kāi)展了動(dòng)量 輪振動(dòng)問(wèn)題的研究并開(kāi)發(fā)了 一套氣浮式振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。國(guó)外所研究的動(dòng)量輪振 動(dòng)測(cè)量技術(shù)均采用直接測(cè)量方式，這種測(cè)量方式測(cè)量精度比較高，但是由于動(dòng) 量輪的機(jī)械安裝接口比較固定，不利于針對(duì)不同接口的動(dòng)量輪進(jìn)行測(cè)量。國(guó)內(nèi) 目前尚沒(méi)有開(kāi)展面向動(dòng)量輪振動(dòng)的測(cè)量技術(shù)研究，在相關(guān)研究課題中主要參考 國(guó)外發(fā)表文獻(xiàn)中所給出的動(dòng)量輪振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行有關(guān)研究。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的技術(shù)解決問(wèn)題是克月良現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種面向動(dòng)量 輪的三自由度振動(dòng)頻語(yǔ)測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)將動(dòng)量輪安裝在振動(dòng)傳遞裝置上即可進(jìn) 行多種型號(hào)動(dòng)量輪的三自由度振動(dòng)測(cè)試，該測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成筒單、4吏用靈活， 操作方便。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是 一種面向動(dòng)量輪的三自由度振動(dòng)頻語(yǔ)測(cè)量 系統(tǒng)，包括振動(dòng)傳遞裝置、三軸傳感器、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)， 動(dòng)量輪、三軸傳感器均安裝在振動(dòng)傳遞裝置上，三軸傳感器通過(guò)振動(dòng)傳遞裝置 測(cè)量動(dòng)量輪與振動(dòng)傳遞裝置的振動(dòng)信號(hào)，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀接收三軸傳感器的輸 出振動(dòng)信號(hào)和測(cè)量系統(tǒng)的脈沖頻響特性信號(hào)并進(jìn)行頻譜分析，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī) 與動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀相連接得到動(dòng)量輪的振動(dòng)頻譜。所述的振動(dòng)傳遞裝置由對(duì)稱分布的兩塊支承板和安裝板組成，安裝板焊接
在距支承板一側(cè)三分之一距離處，支承板通過(guò)壓板固定在試驗(yàn)臺(tái)上；安裝板的 上部均布四個(gè)螺釘孔和一個(gè)傳感器定位孔，動(dòng)量輪通過(guò)四個(gè)螺釘安裝在安裝板
上，三軸傳感器通過(guò)傳感器定位孔安裝在安裝板上，所述三軸傳感器的Z軸與 動(dòng)量輪的旋轉(zhuǎn)軸保持同軸，Y軸固定在豎直方向，X軸固定在水平方向。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是本實(shí)用新型中以動(dòng)量輪作為測(cè) 量對(duì)象，提供了動(dòng)量輪振動(dòng)測(cè)量的一種手段，通過(guò)將動(dòng)量輪和三軸傳感器安裝 在振動(dòng)傳遞裝置上，有利于三軸傳感器的固定和測(cè)量，由于振動(dòng)傳遞裝置結(jié)構(gòu) 形式靈活，簡(jiǎn)單，操作方便，并有利于批量化生產(chǎn)和裝配，較國(guó)外的測(cè)量技術(shù) 更具有可推廣性，通過(guò)改變振動(dòng)傳遞裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)、尺寸和形式能夠使其推 廣應(yīng)用到不同系列的航天機(jī)電部件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量工作中。

圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成圖2為本實(shí)用新型動(dòng)量輪、三軸傳感器與振動(dòng)測(cè)量裝置的安裝示意圖； 圖3為本實(shí)用新型測(cè)量系統(tǒng)的脈沖頻響特性圖，其中3 (a)為測(cè)量系統(tǒng)X
方向的脈沖頻響特性圖，圖3 (b)為測(cè)量系統(tǒng)Y方向的脈沖頻響特性圖，圖3 (c)為測(cè)量系統(tǒng)Z方向的脈沖頻響特性圖4為本實(shí)用新型動(dòng)量輪振動(dòng)數(shù)據(jù)補(bǔ)償前后的頻譜圖，圖4 (a)為動(dòng)量輪
振動(dòng)數(shù)據(jù)補(bǔ)償前的頻語(yǔ)圖，圖4 (b)為動(dòng)量輪振動(dòng)數(shù)據(jù)補(bǔ)償后的頻譜圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型包括振動(dòng)傳遞裝置、三軸傳感器、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析 儀、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，三軸傳感器通過(guò)振動(dòng)傳遞裝置測(cè)量動(dòng)量輪與振動(dòng)傳遞裝 置的振動(dòng)信號(hào)，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀接收三軸傳感器的輸出振動(dòng)信號(hào)和測(cè)量系統(tǒng)的 脈沖頻響特性信號(hào)并進(jìn)行頻譜分析，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)利用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀輸出 的頻譜分析結(jié)果得到動(dòng)量輪的振動(dòng)頻語(yǔ)。
其中三軸傳感器采用三自由度集成IC壓電式加速度傳感器，用于測(cè)量動(dòng)量輪振動(dòng)加速度信號(hào)。
如圖2所示，振動(dòng)傳遞裝置采用L型結(jié)構(gòu)，包括對(duì)稱分布的兩塊支承板1 和安裝板2兩部分，支承板1和安裝板2通過(guò)焊接方式連接，支承板1通過(guò)壓 板4固定在試驗(yàn)臺(tái)5上，以使振動(dòng)傳遞裝置能夠保證安全地支承動(dòng)量輪6，并 具有良好的振動(dòng)傳遞性能。動(dòng)量輪6的安裝接口由安裝板2提供，在安裝板2 上部直徑為70mm的圓周上均布四個(gè)螺釘孔，動(dòng)量輪6與安裝板2通過(guò)四個(gè)螺 釘安裝，為了提供足夠的動(dòng)量輪安裝空間，安裝接口圓心距支承板1的底部大 于200mm。安裝板2焊接于距支承板1 一側(cè)三分之一距離處，以保證動(dòng)量輪6 安裝后整個(gè)振動(dòng)傳遞裝置重心穩(wěn)定，保障測(cè)量安全。三軸傳感器3安裝在安裝 板2未安裝動(dòng)量輪的一側(cè)，由安裝板2提供螺孔定位，傳感器的Z軸與動(dòng)量輪 6的旋轉(zhuǎn)軸保持同軸，傳感器Y軸固定在豎直方向，傳感器X軸固定在水平方 向。
動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀采用市場(chǎng)通用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀，可進(jìn)行時(shí)域、頻域及倍頻 程分析等運(yùn)算，具備故障診斷功能，主要用于動(dòng)量輪振動(dòng)信號(hào)的采集、分析， 進(jìn)行頻譜分析，以得到動(dòng)量輪振動(dòng)加速度信號(hào)的頻語(yǔ)，其中包含振動(dòng)幅值和頻 率信息。
數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)用于處理動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀輸出的頻譜數(shù)據(jù)，并對(duì)動(dòng)量輪的 振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償修正。通過(guò)利用脈沖響應(yīng)試驗(yàn)測(cè)取測(cè)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)， 用于對(duì)動(dòng)量輪與振動(dòng)傳遞裝置的振動(dòng)頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，抵消振動(dòng)傳遞裝置的 放大效果，還原動(dòng)量輪振動(dòng)數(shù)據(jù)，保障準(zhǔn)確地測(cè)取動(dòng)量輪振動(dòng)數(shù)據(jù)。
采用本測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)量輪振動(dòng)測(cè)試時(shí)，在動(dòng)量輪安裝在振動(dòng)傳遞裝置后， 首先測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)的脈沖頻響特性，為后續(xù)補(bǔ)償振動(dòng)傳遞裝置的影響作必要準(zhǔn) 備；然后，利用動(dòng)量輪產(chǎn)品測(cè)試箱驅(qū)動(dòng)被測(cè)動(dòng)量輪，使其達(dá)到被測(cè)轉(zhuǎn)速，利用 本測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀采集和分析得到動(dòng)量輪與振動(dòng)傳遞裝置的振動(dòng)加 速度頻譜；最后，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)利用測(cè)量系統(tǒng)的脈沖頻響特性測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì) 動(dòng)量輪與振動(dòng)傳遞裝置的振動(dòng)加速度頻譜進(jìn)行補(bǔ)償，主要是利用激勵(lì)、響應(yīng)和頻響函數(shù)三者之間的數(shù)學(xué)運(yùn)算關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)量輪振動(dòng)頻i普的測(cè)量。 實(shí)施例1
振動(dòng)傳遞裝置幾何尺寸參數(shù)支承板采用長(zhǎng)x寬x高為300mm x 30mm x 40mm;安裝板高度220mm，厚度15mm,底部寬度260mm,安裝板焊接于 距支承板一側(cè)100mm處，振動(dòng)傳遞裝置重量約2.5kg，采用硬鋁合金材料；
三軸傳感器的振動(dòng)加速度測(cè)量分辨率0.00002g,頻率范圍為0-1.6kHz;
動(dòng)量輪振動(dòng)加速度頻譜的頻率范圍為0-400Hz;
安裝動(dòng)量4侖后，測(cè)量系統(tǒng)的脈沖頻響特性測(cè)試結(jié)果如圖3 (a)、 3 (b)、 3 (c)所示，在400Hz頻率范圍內(nèi)X、 Y、 Z軸三個(gè)方向上均存在幅值較大的共 振峰值點(diǎn)(如175Hz左右)，其中X向還存在40Hz左右的低頻共振點(diǎn)，因此需 要對(duì)動(dòng)量輪的振動(dòng)加速度頻i普測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，消除振動(dòng)傳遞裝置所帶來(lái)的 振動(dòng)偏差。數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)利用激勵(lì)、響應(yīng)和頻響函數(shù)三者之間的數(shù)學(xué)運(yùn)算關(guān) 系，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)量輪振動(dòng)加速度頻譜的修正。如圖4所示，在1800r/min轉(zhuǎn)速下 動(dòng)量輪振動(dòng)頻譜圖4 (a)中175Hz處振動(dòng)幅值異常，經(jīng)過(guò)修正之后，振動(dòng)頻 譜圖4 (b)中175Hz處振動(dòng)幅值得到了有效的抑制，表明振動(dòng)加速度頻譜修 正效果明顯，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)量輪振動(dòng)頻譜的測(cè)量。
在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)被測(cè)量動(dòng)量輪的具體參數(shù)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整振動(dòng)傳遞裝置 中安裝板的結(jié)構(gòu)形式和機(jī)械接口參數(shù)，以便于應(yīng)用推廣。
權(quán)利要求1、一種面向動(dòng)量輪的三自由度振動(dòng)頻譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括振動(dòng)傳遞裝置、三軸傳感器、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，動(dòng)量輪、三軸傳感器均安裝在振動(dòng)傳遞裝置上，三軸傳感器通過(guò)振動(dòng)傳遞裝置測(cè)量動(dòng)量輪與振動(dòng)傳遞裝置的振動(dòng)信號(hào)，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀接收三軸傳感器的輸出振動(dòng)信號(hào)和測(cè)量系統(tǒng)的脈沖頻響特性信號(hào)并進(jìn)行頻譜分析，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)與動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀相連接得到動(dòng)量輪的振動(dòng)頻譜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向動(dòng)量輪的三自由度振動(dòng)頻譜測(cè)量系統(tǒng)， 其特征在于所述的振動(dòng)傳遞裝置由對(duì)稱分布的兩塊支承板(1 )和安裝板(2 ) 組成，安裝板(2)焊接在距支承板(1 )其中一側(cè)三分之一處，支承板(1 ) 通過(guò)壓板(4)固定在試-驗(yàn)臺(tái)(5)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面向動(dòng)量輪的三自由度振動(dòng)頻譜測(cè)量系統(tǒng)， 其特征在于所述安裝板(2)的上部均布四個(gè)螺釘孔和一個(gè)傳感器定位孔，動(dòng) 量輪(6)通過(guò)四個(gè)螺釘安裝在安裝板(2)上，三軸傳感器(3)通過(guò)傳感器 定位孔安裝在安裝板(2)上，所述三軸傳感器(3)的Z軸與動(dòng)量輪(6)的 旋轉(zhuǎn)軸保持同軸，Y軸固定在豎直方向，X軸固定在水平方向。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向動(dòng)量輪的三自由度振動(dòng)頻鐠測(cè)量系統(tǒng)， 其特征在于所述的三軸傳感器(3)采用三自由度集成IC壓電式加速度傳感 器。
專利摘要一種面向動(dòng)量輪的三自由度振動(dòng)頻譜測(cè)量系統(tǒng)，包括振動(dòng)傳遞裝置、三軸傳感器、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，動(dòng)量輪、三軸傳感器均安裝在振動(dòng)傳遞裝置上，三軸傳感器通過(guò)振動(dòng)傳遞裝置測(cè)量動(dòng)量輪與振動(dòng)傳遞裝置的振動(dòng)信號(hào)，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀接收三軸傳感器的輸出振動(dòng)信號(hào)和測(cè)量系統(tǒng)的脈沖頻響特性信號(hào)并進(jìn)行頻譜分析，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)利用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀輸出的頻譜分析結(jié)果得到動(dòng)量輪的振動(dòng)頻譜。本實(shí)用新型將動(dòng)量輪和三軸傳感器安裝在振動(dòng)傳遞裝置上，有利于三軸傳感器的固定和測(cè)量，振動(dòng)傳遞裝置結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，操作方便，有利于批量生產(chǎn)和裝配，通過(guò)改變振動(dòng)傳遞裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸能夠應(yīng)用到不同系列的航天機(jī)電部件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量工作中。
文檔編號(hào)G01H1/00GK201297957SQ20082011019
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者劉一武, 楊孟飛, 亮 湯, 王全武, 剛 虎, 鄧瑞清 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所