一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺的製作方法

2023-10-11 16:18:24

一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺的製作方法
【專利摘要】一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺，包括放置加速度器的標定臺，和標定臺連接的實現其沿y方向正弦位移運動的作動器，在標定臺與作動面垂直的兩側即y方向連接有柔性鉸鏈，通過變形保持標定臺沿y方向正弦位移運動，限制標定臺沿x方向的運動；柔性鉸鏈和作動器固定在外框內，在外框的外部設置有實現其內部部件沿x方向正弦位移運動的作動器，另兩個柔性鉸鏈固定在底座的x方向上，並內側固定在外框上，通過變形保持其內部部件沿x方向正弦位移運動，限制沿y方向運動；本發明能夠實現正弦位移控制下對加速度器進行雙軸解耦的動態標定。
【專利說明】—種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種雙軸加速度動態標定臺，具體涉及一種通過正弦位移控制的雙軸解稱加速度動態標定臺。
【背景技術】
[0002]加速度傳感器作為一種重要的傳感與測量設備，被廣泛應用於航天航空，汽車工程，地震監測等領域，其精度與可靠性直接關係到最終執行結果的準確程度，而對加速度傳感器進行標定是保證結果可信度的重要手段。同時，隨著科學技術的不斷發展，我國研製的加速度傳感器精度越來越高，有的解析度已經可以達到I μ g，因此對加速度標定臺的解析度提出了很高的要求。目前二維的加速度標定臺普遍存在雙軸耦合的現象，對標定過程產生影響，使得微小加速度的標定結果不夠理想。柔性鉸鏈具有體積小、無機械摩擦、無間隙、運動靈活等優點，從而可以消除傳動過程中的空程和機械摩擦，獲得超高的位移解析度，而且柔性鉸鏈的運動精度高，線性度好。

【發明內容】

[0003]為解決上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種通過輸出正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺，能夠使作動器在控制下輸出正弦位移運動從而驅動平臺運動，同時由於整體結構在X方向和y方向運動獨立，避免了耦合的問題；柔性鉸鏈結構使得傳動過程無空程和機械摩擦，標定臺經過由控制系統得到的激勵信號減小了壓電遲滯效應及結構非線性帶來的誤差，經過功率放大器後輸入給作動器使其能夠良好的輸出正弦位移而得到所需要的加速度；整體結構緊湊，空間利用達到最優，使用方便。
[0004]為達到上述目的，本發明所採用的技術方案是:
[0005]一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺，包括放置加速度器的標定臺9,和標定臺9連接的實現其沿y方向正弦位移運動的第一作動器6,在標定臺9與作動面垂直的兩側即I方向連接有第一柔性鉸鏈7和第二柔性鉸鏈8，所述第一柔性鉸鏈7和第二柔性鉸鏈8在鉸鏈處厚度薄，通過變形保持標定臺9沿y方向正弦位移運動，在與y方向垂直的X方向上厚度厚，限制標定臺9沿X方向的運動；所述第一柔性鉸鏈7和第二柔性鉸鏈8的兩端固定有外框5內，在所述外框5的外部設置有固定在底座I上實現所述外框5、標定臺9、第一柔性鉸鏈7、第二柔性鉸鏈8和第一作動器6沿X方向正弦位移運動的第二作動器2，第三柔性鉸鏈3和第四柔性鉸鏈4固定在底座I的X方向上，並內側固定在外框5上，所述第三柔性鉸鏈3和第四柔性鉸鏈4在鉸鏈處厚度薄，通過變形保持所述外框5、標定臺9、第一柔性鉸鏈7、第二柔性鉸鏈8和第一作動器6沿X方向正弦位移運動，在與X方向垂直的y方向上厚度厚，限制所述外框5、標定臺9、第一柔性鉸鏈7、第二柔性鉸鏈8和第一作動器6沿y方向運動。
[0006]所述第一作動器6固定於外框5內側,其本身與外框5和標定臺9在第二作動器2的作動下，一起沿X方向運動，同時標定臺9在第一作動器6的作動下,輸出y方向上的位移，並且標定臺9在第一作動器6在X方向上相對靜止,所以第一作動器6向標定臺9輸出y方向位移具備獨立性，不受X方向運動的幹擾，即與X方向解耦。
[0007]還包括與所述第一作動器6和第二作動器2依次連接的功率放大器10和控制系統11，所述控制系統11將經過調製後的激勵信號經過功率放大器10後，輸入到第一作動器6和第二作動器2，使第一作動器6和第二作動器2能夠輸出正弦位移，從而對標定臺9起激勵作用，使其能夠做準確度高的正弦位移運動。
[0008]放置在標定臺9上的加速度器產生加速度a和所述控制系統11輸入的位移幅值A和頻率為f的關係如下式:
, β
[0009]A = 2 2
[0010]只需要根據不同的頻率選擇不同的位移幅值讓加速度器以x(t) = Asin(2 π ft)規律運動即可達到向加速度器輸入幅值為a的加速度的目的；這樣將向加速度器輸入加速度轉換成輸入位移，通過作動器完成位移輸出。
[0011]所述第三柔性鉸鏈3、第四柔性鉸鏈4、第一柔性鉸鏈7和第二柔性鉸鏈8的鉸鏈處為雙菱形結構。
[0012]所述底座1、 外框5和標定臺9的材料為鋁；所述第三柔性鉸鏈3、第四柔性鉸鏈4、第一柔性鉸鏈7和第二柔性鉸鏈8的材料為彈簧鋼。
[0013]和現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0014]1、外框5與標定臺9形成的整體在第二作動器2的作動下，產生X方向上的位移，而作動器6固定於外框5,所以作動器6本身與外框5—起沿X方向運動，同時,第一作動器6對標定臺9輸出y方向上的位移，並且兩者在X方向上相對靜止，保證了 y方向的輸出的獨立性，從而與X方向解耦。
[0015]2、所述第三柔性鉸鏈3、第四柔性鉸鏈4、第一柔性鉸鏈7和第二柔性鉸鏈8，首先鉸鏈處厚度較薄，因此能夠在運動方向上通過變形而保持運動，在與運動方向垂直的方向上的厚度較厚，剛度大，不易產生變形，其次整個柔性鉸鏈呈上下對稱的雙菱形結構，因此運動方向不會發生偏移，從而兩個對稱的柔性結構第三柔性鉸鏈3和第四柔性鉸鏈4即可很好的保證外框沿X方向做正弦位移運動，同樣對稱的第一柔性鉸鏈7和第二柔性鉸鏈8可保證標定臺的y方向上的正弦位移運動。此種結構避免了摩擦，機械間隙及採用導軌等其他方法由於加工工藝使軌道表面不平整而帶來的非線性誤差。其安裝簡單，方便更換。
[0016]3、作動器2與底座I固定，且固定處有支撐，當輸入激勵信號後，作動器2能更好的單方向輸出從而推動內部的標定臺運動。
[0017]4、底座I打有安裝孔，可以固定到水平度非常好的臺面，避免由於安裝問題導致的誤差。
[0018]總之，本發明加速度標定臺，X方向驅動的結構內包含y方向驅動裝置，則y方向驅動標定臺9時相對標定臺9沒有X方向上的運動，從而很好的避免了雙軸運動耦合的問題，在一定程度上提高了標定的準確性，採用輸出正弦位移的方法得到動態所需加速度值，同時整體結構緊湊簡單，安裝使用方便。
【專利附圖】

【附圖說明】[0019]圖1為本發明的結構示意圖。
[0020]圖2為本發明柔性鉸鏈結構示意圖。
[0021]圖3為本發明控制系統流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0023]如圖1所示，本發明一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺，包括放置加速度器的標定臺9，和標定臺9連接的實現其沿y方向正弦位移運動的第一作動器6，在標定臺9與作動面垂直的兩側即y方向連接有第一柔性鉸鏈7和第二柔性鉸鏈8，所述第一柔性鉸鏈7和第二柔性鉸鏈8在鉸鏈處厚度薄，通過變形保持標定臺9沿y方向正弦位移運動，在與y方向垂直的X方向上厚度後，限制標定臺9沿X方向的運動；所述第一柔性鉸鏈7和第二柔性鉸鏈8的兩端固定有外框5內，所述第一作動器6也固定在外框5的內側，在所述外框5的外部設置有固定在底座I上實現所述外框5、標定臺9、第一柔性鉸鏈
7、第二柔性鉸鏈8和第一作動器6沿X方向正弦位移運動的第二作動器2，第三柔性鉸鏈3和第四柔性鉸鏈4固定在底座I的X方向上，並內側固定在外框5上，所述第三柔性鉸鏈3和第四柔性鉸鏈4在鉸鏈處厚度薄，通過變形保持所述外框5、標定臺9、第一柔性鉸鏈7、第二柔性鉸鏈8和第一作動器6沿X方向正弦位移運動，在與X方向垂直的y方向上厚度厚，限制所述外框5、標定臺9、第一柔性鉸鏈7、第二柔性鉸鏈8和第一作動器6沿y方向運動。
[0024]所述第一作動器6固定於外框5內，其本身與外框5和標定臺9在第二作動器2的作動下，一起沿X方向運動，同時標定臺9在第一作動器6的作動下,輸出y方向上的位移，並且標定臺9在第一作動器6在X方向上相對靜止,所以第一作動器6向標定臺9輸出y方向位移具備獨立性，不受X方向運動的幹擾，即與X方向解耦。
[0025]如圖3所示，還包括與所述第一作動器6和第二作動器2依次連接的功率放大器10和控制系統11，所述控制系統11將經過調製後的激勵信號(減小了壓電遲滯效應及結構非線性帶來的誤差)經過功率放大器10後，輸入到第一作動器6和第二作動器2，使第一作動器6和第二作動器2能夠輸出正弦位移，從而對標定臺9起激勵作用，使其能夠做準確度高的正弦位移運動。
[0026]放置在標定臺9上的加速度器產生加速度a和所述控制系統11輸入的位移幅值A和頻率為f的關係如下式:
[0027]
【權利要求】
1.一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺，其特徵在於:包括放置加速度器的標定臺(9)，和標定臺(9)連接的實現其沿y方向正弦位移運動的第一作動器(6)，在標定臺(9)與作動面垂直的兩側即y方向連接有第一柔性鉸鏈(7)和第二柔性鉸鏈(8)，所述第一柔性鉸鏈(7)和第二柔性鉸鏈(8)在鉸鏈處厚度薄，通過變形保持標定臺(9)y方向正弦位移運動，在與y方向垂直的X方向上厚度厚，限制標定臺(9)沿X方向的運動；所述第一柔性鉸鏈(7)和第二柔性鉸鏈(8)的兩端固定有外框(5)內，在所述外框(5)的外部設置有固定在底座(1)上實現所述外框(5)、標定臺(9)、第一柔性鉸鏈(7)、第二柔性鉸鏈(8)和第一作動器(6)沿X方向正弦位移運動的第二作動器(2)，第三柔性鉸鏈(3)和第四柔性鉸鏈(4)固定在底座(1)的X方向上，並內側固定在外框(5)上，所述第三柔性鉸鏈(3)和第四柔性鉸鏈(4)在鉸鏈處厚度薄，通過變形保持所述外框(5)、標定臺(9)、第一柔性鉸鏈(7)、第二柔性鉸鏈(8)和第一作動器(6)沿X方向正弦位移運動，在與X方向垂直的y方向上厚度厚，限制所述外框(5)、標定臺(9)、第一柔性鉸鏈(7)、第二柔性鉸鏈(8)和第一作動器(6)沿y方向運動。
2.根據權利要求1所述的一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺，其特徵在於:所述第一作動器(6)固定於外框(5)內側，其本身與外框(5)和標定臺(9)在第二作動器(2)的作動下，一起沿X方向運動，同時標定臺(9)在第一作動器(6)的作動下，輸出I方向上的位移，並且標定臺9在第一作動器6在X方向上相對靜止,所以第一作動器(6)向標定臺(9)輸出y方向位移具備獨立性，不受X方向運動的幹擾，即與X方向解耦。
3.根據權利要求1或2所述的一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺，其特徵在於:還包括與所述第一作動器(6)和第二作動器(2)依次連接的功率放大器(10)和控制系統(11)，所述控制系統(11)將經過調製後的激勵信號經過功率放大器(10)後，輸入到第一作動器(6)和第二作動器(2),使第一作動器(6)和第二作動器(2)能夠輸出正弦位移，從而對標定臺(9)起 激勵作用，使其能夠做準確度高的正弦位移運動。
4.根據權利要求3所述的一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺，其特徵在於:放置在標定臺(9)上的加速度器產生加速度a和所述控制系統(11)輸入的位移幅值A和頻率為f的關係如下式: * α A =-
4 Ir2./2
5.根據權利要求1所述的一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺，其特徵在於:所述第三柔性鉸鏈(3)、第四柔性鉸鏈(4)、第一柔性鉸鏈(7)和第二柔性鉸鏈(8)的鉸鏈處為雙菱形結構。
6.根據權利要求1所述的一種通過正弦位移控制的雙軸解耦加速度動態標定臺，其特徵在於:所述底座(1)、外框(5)和標定臺(9)的材料為鋁；所述第三柔性鉸鏈(3)、第四柔性鉸鏈(4)、第一柔性鉸鏈(7)和第二柔性鉸鏈(8)的材料為彈簧鋼。
【文檔編號】G01P21/00GK104020314SQ201410234642
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】武彤暉, 徐明龍, 敬子建, 李亮 申請人:西安交通大學