CN103292956A - 一种用于校准转动惯量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于校准转动惯量的装置及方法，属于惯量测量技术领域。包括带状光栅（1）、上气浮板（2）、光栅的读数头（3）、支架（4）、下气浮板（5）、信号采集处理***（6）、台面（8）和底座（9）。本发明能够校准转动惯量。

Description

一种用于校准转动惯量的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于校准转动惯量的装置及方法，属于惯量测量技术领域。

背景技术

转动惯量是物体的质量特性参数之一。在对运动物体的控制中，转动惯量是物体作转动运动时其惯性的度量，它是物体固有的质量特性参数，物体转动惯量的大小取决于其质量和质量分布以及转动运动时所对应的转轴位置。

对于形状规则、质量分布均匀的物体，可以准确地计算出其转动惯量的大小。对于形状不规则或质量分布不均匀的物体，只有通过实验测量出转动惯量的大小。

目前对于大型物体转动惯量的测量一般采用扭摆台进行测量。工作原理是：用一外力将轴旋转一定的角度后释放，整个轴系在扭簧的作用下做周期扭摆。根据牛顿定律周期可表示为：

$T=2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{J+J_0}{K}}---\left(1\right)$

其中：T——扭摆周期

J——被测转动惯量

J₀——测试平台的转动惯量

K——扭转常数

通过一系列的试验测量出T，计算出***的K，和J₀，则被测物体的转动惯量可表示为：

$J=\frac{T^{2}K}{2{\mathrm{\π}}^2}-J_0---\left(2\right)$

可以看出T测量的准确与否，将直接影响着转动惯量的测试精度。

目前对于摆动周期T的测量一般采用接近开关或霍尔元件，当摆动角度较小，由于元件本身结构特点，将无法准确测量出振动周期。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于校准转动惯量的装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种用于校准转动惯量的装置，包括带状光栅（1）、上气浮板（2）、光栅的读数头（3）、支架（4）、下气浮板（5）、信号采集处理***（6）、台面（8）和底座（9）；

从下到上依次为底座（9）、下气浮板（5）、上气浮板（2）和台面（8）；底座（9）和下气浮板（5）固定连接，下气浮板（5）和上气浮板（2）之间有一层气膜；上气浮板（2）和台面（8）之间为固定连接；被测物体（7）放在台面（8）上并进行固定；

带状光栅（1）贴在上气浮板（2）的圆周侧面，光栅的读数头（3）通过支架（4）固定在下气浮板（5）圆周侧面；信号采集处理***（6）读取光栅的读数头（3）的信号。

本发明的一种用于校准转动惯量的方法，步骤为：带状光栅（1）贴在上气浮板（2）圆周侧面，光栅的读数头（3）利用支架（4）安装在静止的下气浮板（5）的圆周侧面，读数头（3）的输出信号送给信号采集处理***（6）；带状光栅（1），其刻线数不少于100线/mm。调整读数头（3）与带式光栅（1）的间隙（0.1～0.15）mm，当上气浮板（2）与下气浮板（5）之间有相对转动时，使读数头（3）输出信号正常。将被测物体（7）安装在台面（8）上，台面（8）与上气浮板（2）固定连接。下气浮板（5）固定安装在底座（9）上。

信号采集处理***（6）采集读书头（3）的输出信号，经过滤波、解调处理，得到上气浮板（2）扭摆的信号，该信号是一个信号周期不变、幅值逐渐衰减的周期信号，测量信号的5～10个周期，将多个周期进行平均得到所要测量的扭摆时间T。

有益效果

本发明能够校准转动惯量。

附图说明

图1为本发明的装置的结构示意图。

具体实施方式

带状光栅（1）贴在上气浮板（2）圆周侧面，光栅的读数头（3）利用支架（4）安装在静止的下气浮板（5）的圆周侧面，读数头（3）的输出信号送给信号采集处理***（6）。带状光栅（1），其刻线数不少于100线/mm。调整读数头（3）与带式光栅（1）的间隙（0.1～0.15）mm，当上气浮板（2）与下气浮板（5）之间有相对转动时，使读数头（3）输出信号正常。将被测物体（7）安装在台面（8）上，台面（8）与上气浮板（2）固定连接。下气浮板（5）固定安装在底座（9）上。

信号采集处理***（6）采集读书头（3）的输出信号，经过滤波、解调等处理，得到上气浮板（2）扭摆的信号，该信号是一个信号周期不变、幅值逐渐衰减的周期信号，测量信号的5～10个周期，将多个周期进行平均得到所要测量的扭摆时间T。

一种用于校准转动惯量的装置，如图1所示，包括带状光栅（1）、上气浮板（2）、光栅的读数头（3）、支架（4）、下气浮板（5）、信号采集处理***（6）、台面（8）和底座（9）；

从下到上依次为底座（9）、下气浮板（5）、上气浮板（2）和台面（8）；底座（9）和下气浮板（5）固定连接，下气浮板（5）和上气浮板（2）之间有一层气膜；上气浮板（2）和台面（8）之间为固定连接；被测物体（7）放在台面（8）上并进行固定；

带状光栅（1）贴在上气浮板（2）的圆周侧面，光栅的读数头（3）通过支架（4）固定在下气浮板（5）圆周侧面；信号采集处理***（6）读取光栅的读数头（3）的信号。

一种用于校准转动惯量的方法，步骤为：带状光栅（1）贴在上气浮板（2）圆周侧面，光栅的读数头（3）利用支架（4）安装在静止的下气浮板（5）的圆周侧面，读数头（3）的输出信号送给信号采集处理***（6）；带状光栅（1），其刻线数不少于100线/mm。调整读数头（3）与带式光栅（1）的间隙（0.1～0.15）mm，当上气浮板（2）与下气浮板（5）之间有相对转动时，使读数头（3）输出信号正常。将被测物体（7）安装在台面（8）上，台面（8）与上气浮板（2）固定连接。下气浮板（5）固定安装在底座（9）上。

信号采集处理***（6）采集读书头（3）的输出信号，经过滤波、解调处理，得到上气浮板（2）扭摆的信号，该信号是一个信号周期不变、幅值逐渐衰减的周期信号，测量信号的5～10个周期，将多个周期进行平均得到所要测量的扭摆时间T。

通过加载已知转动惯量的标准物体，利用公式（1）先求出测试平台的转动惯量J₀和扭摆弹簧的扭转常数K后，再将被测物体置于台面上，测出扭摆周期，依据公式（2），求出被测物体的转动惯量。

Claims (4)

1.一种用于校准转动惯量的装置，其特征在于：该装置包括带状光栅（1）、上气浮板（2）、光栅的读数头（3）、支架（4）、下气浮板（5）、信号采集处理***（6）、台面（8）和底座（9）；

从下到上依次为底座（9）、下气浮板（5）、上气浮板（2）和台面（8）；底座（9）和下气浮板（5）固定连接，下气浮板（5）和上气浮板（2）之间有一层气膜；上气浮板（2）和台面（8）之间为固定连接；被测物体（7）放在台面（8）上并进行固定；

带状光栅（1）贴在上气浮板（2）的圆周侧面，光栅的读数头（3）通过支架（4）固定在下气浮板（5）圆周侧面；信号采集处理***（6）读取光栅的读数头（3）的信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于校准转动惯量的装置，其特征在于：带状光栅（1），其刻线数不少于100线/mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于校准转动惯量的装置，其特征在于：光栅的读数头（3）与带状光栅（1）的间隙为0.1～0.15mm。

4.一种用于校准转动惯量的方法，其特征在于步骤为：

1）通过加载已知转动惯量的标准物体，利用公式（1）先求出测试平台的转动惯量J₀和扭摆弹簧的扭转常数K；

2）将被测物体（7）安装在台面（8）上；带状光栅（1）贴在上气浮板（2）圆周侧面，光栅的读数头（3）利用支架（4）安装在静止的下气浮板（5）的圆周侧面，光栅的读数头（3）的输出信号送给信号采集处理***（6）；当上气浮板（2）与下气浮板（5）之间有相对转动时，光栅的读数头（3）输出信号正常；

信号采集处理***（6）采集读数头（3）的输出信号，经过滤波、解调处理，得到上气浮板（2）扭摆的信号，然后测量信号的5～10个周期，将周期信号进行平均得到所要测量的扭摆周期T，依据公式（2），求出被测物体的转动惯量；

所述的公式（1）为： $T=2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{J+J_0}{K}}---\left(1\right)$

所述的公式（2）为：

$J=\frac{T^{2}K}{4{\mathrm{\π}}^2\mathrm{}}-J_0---\left(2\right)$

其中，T为扭摆周期；J为被测物体转动惯量，J₀为测试平台的转动惯量，K为扭转常数。

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