[发明专利]转动惯量扭摆周期测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量领域，特别涉及一种转动惯量扭摆周期测量方法。

背景技术

转动惯量是刚体转动时惯性的量度，其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置，是飞行器姿态控制的重要特性参数。其物理意义为物体转动的惯性的大小，一般可表示为

通常情况下产品内部质量的分布或产品外形不能满足理论计算的需要，因此需要通过测量来确定产品的转动惯量。气浮扭摆式转动惯量测量系统的承载能力大、阻尼影响最小、测量精度最高，应用广泛。

若转动惯量测量系统转台的扭摆振动角为θ，则系统的扭摆运动可用微分方程描述为其中ζ为阻尼比；ω_n为扭摆系统无阻尼自振频率，由系统扭摆部分的转动惯量J和扭杆刚度系数K决定，其数学关系为ωn=KJ.]]>

所述微分方程的解可表示为该扭摆运动为衰减振荡过程，其振荡角频率为ω=ωn1-ζ2,]]>振荡周期为T=2πω=2πωn1-ζ2.]]>

在气浮非接触测量条件下系统阻尼比ζ<<1，因此阻尼影响可忽略不计，此时系统的理论振荡为等幅等周期运动，因此振荡周期和转动惯量之间的近似关系为因此扭摆振荡的周期的精确测量是转动惯量测量的先决条件。

目前已存在的扭摆周期测量方法是将霍尔传感器(如专利申请号201301339807.3)或狭缝型光电对管(如专利申请号201110286989.3、201310130058.3)布置在扭摆部件的振荡范围之内，扭摆部件在运动时将会周期性地触发传感器，再由输出信号控制高频脉冲计数器获取扭摆周期。

除此之外，CN103542981A公开了一种基于双目视觉的扭摆周期测量的方法，采用两台超高速摄像机实时采集被测物体表面标记点的运动图像，由图形工作站将两个超高速摄像机传输来的图片信息进行处理，得知标记点在空间运动的轨迹，通过对轨迹的拟合计算出扭摆周期；CN103292956A公开了一种基于光栅的扭摆周期测量方法，采用转台柱面周向安装的带状光栅和固定于基座的光栅读数头来记录扭摆转台的空间运动轨迹，计算出被测物体的扭摆转动周期。

然而，霍尔传感器的单点重复定位精度均较低，就扭摆振幅而言，其相对误差已超出5‰量级，测量精度较低。狭缝型光电对管为了避免环境光的干扰、提高触发精度要求狭缝越小越好，但过小的狭缝将会导致衍射现象且接收管的输出信号微弱，测量精度同样较低。双目视觉测量方法由于以超高速摄像机和图形工作站为硬件平台，导致其系统复杂、成本高昂且数据处理量巨大。光栅式测量方法需采用精密光栅副，成本较高；该方法属于增量式测量，由干扰引起的脉冲丢失或窜入将会产生累计误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性价比、结构简单和易实现的转动惯量扭摆周期测量方法。