[发明专利]转台线绕力矩测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种力矩测试装置及测试方法，尤其涉及一种转台线绕力矩测试装置及测试方法。

背景技术

线绕力矩：由于转台上的电源线及信号线对转台施加的拉力所引起的影响转台转动的干扰力矩。线绕力矩不但会影响转台运动的精度及平稳度，严重时还会造成转台堵转。因此，线绕力矩和摩擦力矩一样是很重要的技术参数，选择驱动电机及控制参数调试时都要将线绕力矩的影响考虑在内。

线绕力矩对空间转动部件的影响：在轨运行的航天器处于空间微重力环境下，对外是一个独立的系统，整个系统基本不受外力矩作用，系统角动量守恒。航天器上任何一个部件角动量的变化都会给整个平台带来扰动，轻者影响卫星平台的姿态稳定精度，进而降低整个卫星性能，重者将给卫星姿态及轨道带来严重影响，最终影响整个卫星功能及任务的完成。

下面以空间转台为例说明线绕力矩的影响：在正常工作模式下，电机处于加电状态，转台在电机的驱动下平稳的转动，转台对卫星有一定的力矩及角动量输出但在卫星姿态稳定系统控制范围内，不会对卫星平台的姿态造成影响。但是，若转台转到某一线绕力矩较大位置并恰好在该位置电机断电停止工作，由于电机已经没有力矩输出，则转台就会在线绕力矩的作用下加速转动回到线绕力矩较小或为零的位置，并稳定下来。由动量矩定理可知，线绕力矩较大时，转台转动的角加速度就会较大，转台转动过程中对卫星平台输出的力矩及角动量就较大，对卫星平台的干扰也就较大。因此，研究转动部件特别是空间转动部件的线绕力矩测试方法并搭建有效的测试装置，对线绕力矩进行精确测量，评估其影响，并采取相应的解决措施具有重要工程使用价值。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、测试精度高以及操作便利的转台线绕力矩测试装置及测试方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种转台线绕力矩测试装置，其特殊之处在于：所述转台线绕力矩测试装置包括转动平台、速率陀螺仪、B码、转动平台驱动单元以及数据处理计算机；所述转动平台与B码分别与数据处理计算机电性相连；所述转动平台驱动单元驱动转动平台进行自传；待测转动部件以及所述速率陀螺仪设置在转动平台上并与转动平台同步转动。

上述转动平台驱动单元包括砝码、连接绳以及滑轮；所述连接绳的一端缠绕在转动平台外周，另一端穿过滑轮与悬空的砝码连接；所述砝码在其重力作用下通过连接绳驱动转动平台进行自转。

上述待测转动部件的转动轴与转动平台的转动轴相平行。

上述速率陀螺仪的输入轴与待测转动部件的转动轴相平行。

上述转动平台是气浮转动平台。

上述速率陀螺仪是光纤速率陀螺仪。

一种转台线绕力矩测试方法，其特殊之处在于：所述测试方法包括以下步骤：

1）将待测转动部件固定在气浮转动平台的转动台面上，并通过调节使待测转动部件的转动轴与气浮转动平台转轴平行；

2）将光纤速率陀螺仪固定在气浮转动平台的转动台面上，并使光纤速率陀螺仪的输入轴与待测转动部件的转动轴平行；

3）将气浮转动平台浮起并对其进行调平，以减小气浮转动平台自身的摩擦力矩；

5）在气浮转动平台边缘通过滑轮悬挂高精度砝码，在高精度砝码施加的力矩的作用下使气浮转动平台加速旋转，数据处理计算机同时采集速率陀螺仪和B码数据，并根据下面的公式计算气浮转动平台面及待测转动部件的转动惯量；

其中：

J——气浮转动平台面及待测转动部件的转动惯量；

M——高精度砝码对气浮转动平台所施加力矩；

M₀——气浮转动平台的摩擦力矩；若气浮转动平台的摩擦力矩相对被测力矩很小，可以忽略不计；

——气浮转动平台的转动的角加速度；

6）将待测转动部件定位到某一位置，然后自然释放，待测转动部件在线绕力矩作用下加速转动，其输出力矩驱动气浮转动平台反方向转动，根据数据处理计算机同时采集速率陀螺仪和B码数据，根据下面的公式待测转动部件的输出力矩；

式中：

J——气浮转动平台面及待测转动部件的转动惯量；

M——待测线绕力矩；

M₀——气浮转动平台的摩擦力矩；若气浮转动平台的摩擦力矩相对被测力矩很小，可以忽略不计；

——气浮转动平台转动的角加速度。

上述测试方法在步骤3）以及步骤5）之间还包括：