寬頻帶電磁式角振動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)研究進(jìn)展

唐 波, 何 聞, 劉愛東

(1. 浙江大學(xué) 浙江省先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江 杭州 310027;2. 中國(guó)計(jì)量大學(xué) 計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院, 浙江 杭州 310018; 3. 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院, 北京 100029)

1 引 言

角振動(dòng)傳感器廣泛應(yīng)用于航空航天、衛(wèi)星導(dǎo)航和石油勘探等領(lǐng)域[1～3],為確保其幅值復(fù)靈敏度、相移特性和測(cè)量不確定度等指標(biāo)滿足出廠指標(biāo)要求,需要定期對(duì)角振動(dòng)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)[4,5]。寬頻帶角振動(dòng)臺(tái)是角振動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的重要組成部分,GB/T 20485.15規(guī)定了角振動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的技術(shù)要求,指出其性能優(yōu)劣直接影響角振動(dòng)傳感器校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確和量值統(tǒng)一。

20世紀(jì)60年代初,美國(guó)麻省理工學(xué)院儀表實(shí)驗(yàn)室采用精密角振動(dòng)臺(tái)對(duì)美國(guó)慣性儀器進(jìn)行檢測(cè),促進(jìn)了慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展[6]。20世紀(jì)90年代,德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)建立了角加速度和靈敏度幅值測(cè)量不確定度為0.2%～0.5%、相移為 0.5°(k=2)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)裝置[7,8],該角振動(dòng)校準(zhǔn)裝置頻率范圍為0.3～1 000 Hz,最大角位移為1 rad,最大角加速度為1 400 rad/s2。韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院(KRISS)對(duì)角振動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的角振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行了廣泛的研究,研制出不同位移和角加速度的角振動(dòng)臺(tái)[9～12],頻率范圍擴(kuò)展到1～5 000 Hz,且最大角位移1.05 rad,角加速度可達(dá)5 000 rad/s2。美國(guó)、俄羅斯和日本等國(guó)家計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)也開展了相關(guān)研究,但研究成果鮮見公開報(bào)道。北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所(CIMM)采用無(wú)刷電機(jī)作為角振動(dòng)激勵(lì)器,實(shí)現(xiàn)了0.1～200 Hz范圍內(nèi)正弦角運(yùn)動(dòng)量的輸出[13],由于電機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)大和轉(zhuǎn)子第1階扭振固有頻率低,輸出運(yùn)動(dòng)量的上限頻率受到限制。為了提高角振動(dòng)臺(tái)的上限頻率,文獻(xiàn)[14]又提出一種框式結(jié)構(gòu)高頻角振動(dòng)臺(tái),工作頻率范圍10～550 Hz,最大角加速度1 760 rad·s-2,角加速度波形失真度小于2%,由于采用三角支撐恢復(fù)彈簧,角位移受到限制。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院(NIM)聯(lián)合浙江大學(xué)(ZJU)對(duì)角加速度激光校準(zhǔn)方法基礎(chǔ)理論和角振動(dòng)校準(zhǔn)裝置展開研究,有望解決各類旋轉(zhuǎn)角振動(dòng)傳感器的量值溯源問(wèn)題。本文在總結(jié)角振動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對(duì)其角振動(dòng)臺(tái)類型及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)闡述。

2 角振動(dòng)傳感器的校準(zhǔn)原理及方法

為了滿足角振動(dòng)傳感器校準(zhǔn)的規(guī)范和統(tǒng)一,ISO 16063-15-2006[4](GB/T 20485—15—2010[5])規(guī)定了絕對(duì)法校準(zhǔn)角振動(dòng)傳感器的儀器設(shè)備和操作流程,以及采用穩(wěn)態(tài)正弦振動(dòng)和激光干涉測(cè)量法[15]獲得角振動(dòng)傳感器靈敏度幅值和相移的方法。根據(jù)激光干涉儀輸出信號(hào)的不同處理方式可分為:條紋計(jì)數(shù)法、最小點(diǎn)法和正弦逼近法。條紋計(jì)數(shù)法[16,17]適用于頻率范圍為1～800 Hz的靈敏度幅值校準(zhǔn),一般可測(cè)量的最小位移幅值為2 μm(后向反射器或衍射光柵放于離轉(zhuǎn)軸50 mm處),若采用特殊方法減小量化誤差措施,可用于更小幅值、更高頻率指定角加速度幅值(如1 000 rad/s2)的情況下進(jìn)行校準(zhǔn),由于該方法通過(guò)計(jì)條紋數(shù)來(lái)測(cè)量位移,而不能檢測(cè)相位的變化情況,因此不能進(jìn)行相位校準(zhǔn);最小點(diǎn)法[18,19]適用于頻率范圍為800 Hz～1.6 kHz的離散幅值點(diǎn)上靈敏度幅值校準(zhǔn),由于該方法采用第一類一階貝塞爾函數(shù)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的自變量值來(lái)確定位移,因此需要在固定的角位移幅值進(jìn)行校準(zhǔn),其角速度和角加速度隨著頻率的改變而變化,同樣也不能進(jìn)行相位校準(zhǔn);而正弦逼近法[20,21]以最小二乘法為核心,通過(guò)相位展開、正交光電信號(hào)處理和動(dòng)態(tài)相位解調(diào)等技術(shù),解算出角振動(dòng)傳感器靈敏度的幅值和相移,由于正弦逼近法能同時(shí)校準(zhǔn)靈敏度幅值和相移,Martens H J V等[22]提出了一種基于正弦衍射光柵的激光干涉角運(yùn)動(dòng)量測(cè)量方法,當(dāng)擴(kuò)展因子為2時(shí)的幅值和相位擴(kuò)展不確定度分別為0.2%～0.5%和0.2°～0.5°。

激光干涉法絕對(duì)測(cè)角方法有2類:一類是基于后向反射器的A類激光干涉測(cè)量方法;另一類是基于正弦衍射光柵的B類激光干涉測(cè)量方法。

2.1 基于A類激光干涉測(cè)量方法的校準(zhǔn)系統(tǒng)

基于A類激光干涉角振動(dòng)測(cè)量方法的校準(zhǔn)系統(tǒng)如圖1所示,調(diào)整干涉儀到最佳狀態(tài),在規(guī)定的振動(dòng)頻率和幅值條件下,對(duì)角振動(dòng)傳感器的靈敏度幅值和相移進(jìn)行測(cè)量。

圖1 A類激光干涉儀角振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)Fig.1 Angular vibration primary measurement system of A-type laser interferometry

信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦電信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)角振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng);將角振動(dòng)傳感器安裝在臺(tái)面軸心上,輸出的信號(hào)經(jīng)放大器放大后輸入到高速高精度數(shù)據(jù)采集卡中實(shí)時(shí)采集并將結(jié)果輸入到PC機(jī)中;將后向反射鏡安裝在角振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面指定半徑上,采用激光干涉儀對(duì)反射鏡的線位移進(jìn)行測(cè)量,進(jìn)而計(jì)算得到角位移。

為了求得振動(dòng)臺(tái)輸出運(yùn)動(dòng)量的幅值和相位,采用2個(gè)光電接收器分別檢測(cè)兩路相位差90°的干涉信號(hào),然后兩路光電信號(hào)被高速高精度數(shù)據(jù)采集卡采集并傳輸?shù)絇C機(jī)中的專用數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)一步處理(包括正弦逼近法)得到角振動(dòng)臺(tái)輸出角位移、角速度和角加速度;最后將角振動(dòng)傳感器輸出的電壓量與角振動(dòng)臺(tái)輸出的運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行計(jì)算處理可得角振動(dòng)傳感器靈敏度幅值和相移參數(shù)。隨著角位移的增大,后向反射鏡無(wú)法接收或反射激光光路,使得該方法檢測(cè)角位移受到限制,該方法可測(cè)的最大角位移(峰峰值)為0.052 rad。

2.2 基于B類激光干涉測(cè)量方法的校準(zhǔn)系統(tǒng)

當(dāng)角位移(峰峰值)大于0.052 rad時(shí),為了克服A類激光干涉測(cè)量角位移的限制問(wèn)題,可采用B類激光干涉測(cè)量方法,基于B類激光干涉角振動(dòng)測(cè)量方法的校準(zhǔn)系統(tǒng)如圖2所示。B類測(cè)量方法與A類測(cè)量方法的主要區(qū)別是采用衍射光柵代替后向反射鏡,衍射光柵安裝在臺(tái)面的側(cè)向環(huán)面上,如果衍射光柵沿整個(gè)圓周分布,則檢測(cè)角度理論上可達(dá) 2 π rad。

圖2 B類激光干涉儀角振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)Fig.2 Angular vibration primary measurement system of B-type laser interferometry

由這兩類角振動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)可以看出:角振動(dòng)校準(zhǔn)裝置包括角振動(dòng)臺(tái)、激光干涉儀、被校角振動(dòng)傳感器以及信號(hào)解算和處理軟件,其中角振動(dòng)臺(tái)用于產(chǎn)生低失真的穩(wěn)態(tài)正弦角振動(dòng),是確保角振動(dòng)校準(zhǔn)裝置量值精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)的先決條件和重要保障。

3 角振動(dòng)臺(tái)研究現(xiàn)狀

1975年美國(guó)報(bào)道了一種角振動(dòng)臺(tái)[23],可用于校準(zhǔn)角位移、角速度和角加速度傳感器,能在不同的頻率點(diǎn)上提供常峰值振幅,如常峰值角速度或常峰值角加速度,振動(dòng)頻率范圍為0.2 Hz～100 Hz,振幅極限為±0.52 rad。

1993年P(guān)TB提出了一種盤式動(dòng)圈的角振動(dòng)臺(tái)如圖3所示[24],采用了軸向磁通的磁路結(jié)構(gòu),氣隙磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生,位于氣隙磁場(chǎng)中的動(dòng)圈通入交變電流后,動(dòng)圈導(dǎo)線受到安培力的作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。為了減小摩擦力對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的影響,運(yùn)動(dòng)部件采用了氣浮軸系導(dǎo)向。

圖3 PTB角振動(dòng)臺(tái)樣機(jī)Fig.3 Angular vibrator prototype in PTB

2006年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO 16063-15-2006提出了關(guān)于絕對(duì)法校準(zhǔn)角振動(dòng)傳感器的角振動(dòng)激勵(lì)器如圖4所示,當(dāng)帶電載體切割磁場(chǎng)時(shí),洛倫茲力對(duì)其產(chǎn)生作用,線圈的扭矩通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸傳遞到測(cè)量臺(tái)面上,安裝在測(cè)量臺(tái)面的角振動(dòng)傳感器受到激勵(lì)而輸出信號(hào),臺(tái)面?zhèn)让嫦虬惭b有衍射光柵,配合激光干涉儀可測(cè)量運(yùn)動(dòng)部件輸出的角動(dòng)量。

圖4 ISO角振動(dòng)臺(tái)原理示意圖Fig.4 Schematic diagram of angular vibrator in ISO

2007年KRISS根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO 16063-15-2006對(duì)角振動(dòng)傳感器絕對(duì)校準(zhǔn)推薦的角振動(dòng)激勵(lì)器類型研制出一種盤式動(dòng)圈角振動(dòng)臺(tái)如圖5所示[9～12]。

圖5 KRISS的角振動(dòng)臺(tái)樣機(jī)Fig.5 Angular vibrator prototype in KRISS

2007年CIMM提出了一種框式動(dòng)圈的角振動(dòng)臺(tái)如圖6所示[25],主要有工作臺(tái)面、空氣軸承、激磁線圈、框式動(dòng)圈和激磁回路組成。研制出的角振動(dòng)臺(tái)工作頻率范圍為10～550 Hz,最大角加速度為1 760 rad/s2。

圖6 CIMM的框式角振動(dòng)臺(tái)Fig.6 Angular vibrator of frame-type in CIMM

為解決國(guó)內(nèi)角振動(dòng)量值無(wú)法溯源、測(cè)量頻率范圍窄、量值精度不高的問(wèn)題,NIM聯(lián)合ZJU[26,27]承擔(dān)了0.000 5～1 200 Hz角振動(dòng)基準(zhǔn)裝置配套的寬頻帶角振動(dòng)臺(tái)研制任務(wù),研制的低頻和中頻標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)如圖7所示,其中低頻角振動(dòng)臺(tái)裝置最大角位移(峰峰值)為5.23 rad,中頻角振動(dòng)裝置最大角位移(峰峰值)為1.04 rad,角加速度范圍為0.04 rad/s2～2 000 rad/s2。該校準(zhǔn)裝置角加速度復(fù)靈敏度測(cè)量不確定度(k=2):參考點(diǎn)優(yōu)于0.5%,0.5°,通頻帶優(yōu)于1.0%,1.0°。

圖7 ZJU研制的角振動(dòng)臺(tái)樣機(jī)Fig.7 Angular vibrator prototype in ZJU

4 寬頻帶角振動(dòng)臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)

寬頻帶角振動(dòng)臺(tái)是一種特殊的有限角旋轉(zhuǎn)電機(jī),主要由運(yùn)動(dòng)部件、空氣軸承和永磁體磁路和平衡位置彈性支撐裝置組成。假設(shè)角振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件視為剛性旋轉(zhuǎn)體,其機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型可簡(jiǎn)化為如圖8所示。

圖8 機(jī)電耦合模型Fig.8 Electromechanical coupling model

根據(jù)基爾霍夫電壓定律和牛頓第二定律可聯(lián)立角振動(dòng)臺(tái)的機(jī)電耦合方程為:

(1)

假設(shè)式(1)的參數(shù)均為常數(shù),且電流i和角位移θ的初始條件為零,角振動(dòng)臺(tái)輸出的角位移與輸入電壓的傳遞函數(shù)為:

(2)

由式(2)可見:輸出角位移除了與輸入的電壓量有關(guān)外,還與動(dòng)圈參數(shù)、氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、彈性裝置的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)等有關(guān)。當(dāng)輸入電壓信號(hào)為無(wú)失真的正弦信號(hào)時(shí),滿足式(2)的角振動(dòng)臺(tái)就能輸出無(wú)失真的角位移。然而,式(2)的角振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件并非絕對(duì)剛性旋轉(zhuǎn)體,式(2)中的其它參數(shù)也并非絕對(duì)常數(shù),從而導(dǎo)致角振動(dòng)臺(tái)輸出波形產(chǎn)生失真。為了解決非線性失真問(wèn)題,輸出高質(zhì)量的角振動(dòng)量以滿足角振動(dòng)校準(zhǔn)的要求。為此,寬頻帶角振動(dòng)臺(tái)需解決如下3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):1)高扭振頻率的運(yùn)動(dòng)部件設(shè)計(jì)技術(shù);2)強(qiáng)而均勻的氣隙磁場(chǎng)磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù);3)可調(diào)電粘彈性支撐裝置設(shè)計(jì)技術(shù)。

4.1 高扭振頻率的運(yùn)動(dòng)部件設(shè)計(jì)技術(shù)

運(yùn)動(dòng)部件是角振動(dòng)臺(tái)用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和能量的關(guān)鍵部件,為有效地將動(dòng)圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳遞到工作臺(tái)面,必須使得運(yùn)動(dòng)部件的第1階固有扭振頻率盡可能高,從而有利于降低運(yùn)動(dòng)部件在工作頻率范圍之內(nèi)的波形失真度,進(jìn)而提高角振動(dòng)臺(tái)的上限工作頻率。

針對(duì)低頻和中頻角振動(dòng)臺(tái)不同工況的特點(diǎn),對(duì)于低頻角振動(dòng)臺(tái),工況要求輸出大轉(zhuǎn)角和大承載,則要求運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量大;對(duì)于中頻角振動(dòng)臺(tái)而言,工況要求小角位移和大角加速度,則要求運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量小。因此,運(yùn)動(dòng)部件設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮如下因素[28]:工作頻率范圍、輸出角運(yùn)動(dòng)量、工作臺(tái)面尺寸和承載能力,在此基礎(chǔ)上提出運(yùn)動(dòng)部件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),建立集總參數(shù)運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)力學(xué)方程,分析影響運(yùn)動(dòng)部件第1階固有扭轉(zhuǎn)頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的主要因素。為了更準(zhǔn)確地分析運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)力學(xué)特性,采用有限元分析法求解運(yùn)動(dòng)部件的模態(tài)解,并對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的模態(tài)進(jìn)行優(yōu)化,如材料組合、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、尺寸變化等措施,優(yōu)化后得到的第1階固有扭振頻率1 234.3 Hz和運(yùn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 321.9 kg·mm2。

4.2 強(qiáng)而均勻的氣隙磁場(chǎng)磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

氣隙磁場(chǎng)是角振動(dòng)臺(tái)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要載體,按照氣隙磁通方向分類:軸向氣隙磁通和徑向氣隙磁通,因此角振動(dòng)臺(tái)的磁路結(jié)構(gòu)根據(jù)不同工況要求選用合適的磁路結(jié)構(gòu)。

對(duì)于中頻角振動(dòng)臺(tái),要求小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大角加速度,其結(jié)構(gòu)需要設(shè)計(jì)成緊湊型,軸向氣隙磁通正好具有高磁感應(yīng)強(qiáng)度和高功率密度的特征,其磁路結(jié)構(gòu)被ISO 16063:2006推薦為標(biāo)準(zhǔn)角振動(dòng)臺(tái)的磁路。對(duì)于低頻角振動(dòng)臺(tái),要求大負(fù)載和大角位移,其結(jié)構(gòu)較大,需采用框式動(dòng)圈結(jié)構(gòu),為此需采用徑向氣隙磁通結(jié)構(gòu)。在兩種磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要考慮的因素有[29,30]:輸出運(yùn)動(dòng)量參數(shù)、功率放大器的電流輸出能力,動(dòng)圈工作狀態(tài)下的發(fā)熱情況等,然后基于等效磁化強(qiáng)度法分別建立直角坐標(biāo)系下和極坐標(biāo)系下的磁路參數(shù)與氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)學(xué)方程,分析永磁體幾何參數(shù)、氣隙高度及其他因素對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響,在此基礎(chǔ)上采用三維電磁場(chǎng)有限元模型對(duì)其磁路結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化和驗(yàn)證,優(yōu)化后得到的強(qiáng)而均勻氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度均值0.72 T和不均勻度1.9%。

4.3 可調(diào)電粘彈性支撐裝置設(shè)計(jì)技術(shù)

彈性支撐裝置在角振動(dòng)臺(tái)中用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件始終保持在運(yùn)動(dòng)平衡位置,常用的彈性支撐裝置有扭簧或軟膠管組成。當(dāng)輸出小角位移運(yùn)動(dòng)量時(shí),變形量在彈性裝置的線性范圍內(nèi),彈性裝置的剛度系數(shù)及阻尼系數(shù)均為常數(shù),圖8中的輸入電壓和輸出角運(yùn)動(dòng)量呈線性關(guān)系;然而,當(dāng)角振動(dòng)臺(tái)輸出較大角位移時(shí),彈性裝置的非線性將體現(xiàn)出來(lái),如剛度系數(shù)將隨著位移的增大而發(fā)生變化,特別是大角度旋轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致的彈性元件纏繞,使得非線性更加突出。由式(2)可知,當(dāng)輸入某一個(gè)頻率的正弦電壓時(shí),角振動(dòng)臺(tái)將輸出帶有該頻率諧波的非正弦角運(yùn)動(dòng)量,從而引起角振動(dòng)臺(tái)輸出波形的失真。為了解決大角位移彈性支撐問(wèn)題,去除了機(jī)械彈簧機(jī)構(gòu),采用一種電粘彈性支撐裝置,如圖9所示。該裝置為一種位移、速度反饋控制系統(tǒng):角位移信號(hào)θ一方面經(jīng)可調(diào)放大器1處理,另一方面經(jīng)微分器和可調(diào)放大器2處理,然后將兩路信號(hào)通過(guò)加法器相加,再與信號(hào)發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行求差運(yùn)算,所得偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)比例放大器處理后輸出給功率放大器,最后驅(qū)動(dòng)角振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

圖9 電粘彈性支撐裝置結(jié)構(gòu)框圖Fig.9 Structural block diagram of electro-viscoelastic-suspension device

根據(jù)圖9可得角振動(dòng)臺(tái)電粘彈性支撐控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為:

(3)

比較式(3)與式(2)可知,當(dāng)JR?cL時(shí),當(dāng)調(diào)節(jié)式(3)中的參數(shù)k1和k2,相當(dāng)于調(diào)節(jié)式(2)中彈性裝置的剛度系數(shù)k和阻尼系數(shù)c,也就是說(shuō)采用電參數(shù)代替了機(jī)械接觸式彈性支撐裝置的剛度和阻尼系數(shù),所以該可調(diào)電粘彈性支撐裝置的剛度和阻尼系數(shù)不受限于角位移,并且是線性可調(diào)的,從而改善了輸出波形的失真度,可保證全頻段加速度波形失真度低于1%。

5 結(jié) 論

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 16063-15-2006和國(guó)標(biāo)GB/T 20485—15—2010關(guān)于絕對(duì)法校準(zhǔn)角振動(dòng)傳感器的測(cè)量方法,發(fā)現(xiàn)高質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)正弦角振動(dòng)激勵(lì)源對(duì)角振動(dòng)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要,但是我國(guó)對(duì)其所涉及的關(guān)鍵核心技術(shù)尚未全部掌握,通過(guò)借鑒德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)和韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院(KRISS)關(guān)于角振動(dòng)校準(zhǔn)裝置的成功經(jīng)驗(yàn),有助于我國(guó)快速建立起角振動(dòng)國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)。

本文通過(guò)對(duì)角振動(dòng)臺(tái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,鑒于電動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)具有電氣時(shí)間常數(shù)小,響應(yīng)速度快、上限頻率高等特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)寬頻帶低失真的角振動(dòng)輸出。針對(duì)現(xiàn)有角振動(dòng)臺(tái)存在的精度低和線性差的特點(diǎn),對(duì)其所涉及的高扭振頻率運(yùn)動(dòng)部件設(shè)計(jì)技術(shù)、強(qiáng)而均勻的氣隙磁場(chǎng)磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)及可調(diào)電粘彈性支撐裝置設(shè)計(jì)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入分析,并給出如下研究建議:運(yùn)動(dòng)部件是角振動(dòng)臺(tái)用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和能量的關(guān)鍵部件,應(yīng)使運(yùn)動(dòng)部件的第1階固有扭振頻率盡可能高;氣隙磁場(chǎng)是角振動(dòng)臺(tái)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要載體,應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)盡可能強(qiáng)而均勻;彈性支撐裝置用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件始終保持在運(yùn)動(dòng)平衡位置,采用可調(diào)電粘彈性支撐裝置的剛度和阻尼系數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械接觸式彈性支撐裝置的剛度和阻尼系數(shù),降低輸出角振動(dòng)波形的失真度。