[发明专利]中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量测量机构

说明书

一种中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量测量机构，其特征在于：它包括通过轴系机座（7）竖直安装在测试台上的兼具扭杆功能的旋转轴系（1），依次安装在旋转轴系顶部的上端齿轮（2）、旋转托盘（12），以均布方式设置在测试台上的三个用于测量质量、质心的称重传感器（9），在轴系机座（7）上以均布的方式设置有三个由中心形周边延伸、并分别与相应位置处设置的称重传感器（9）相配合的翼板；用于驱动旋转轴系（1）转动的动力机构设置在测试台下方的机座（13）腔体内；与上端齿轮（2）相啮合的用于驱动旋转托盘（12）做圆周摆动的单齿齿轮（4）通过联轴器（3）、电机减速机（5）、电机机座Ⅱ（6）安装在测试台上。

技术领域

本发明涉及一种基于传感器支撑的中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量高效率测量机构。

背景技术

物体的质量、质心、转动惯量的测量多用在空间飞行器上，比如各类弹头、卫星、飞船、空间站的质量特性参数测量等，这些参数的准确测量对于提高产品飞行稳定性和命中率是必不可少的。而质心位置和转动惯量高精度的一体化联合测量是目前尚未解决的问题。

国内在该领域近年来取得了长足的进步，也有若干项专利技术。

目前测量质心多数采用三个（或多个）称重传感器直接称量计算或采用天平刀口原理。转动惯量采用单独测量测量装置有中心扭杆型、扭簧型、单摆或复摆型、板簧型等结构，而联合测量由于结构布置相互干涉，目前仅见到沿圆周布置的拉伸弹簧型、复摆型和板簧型。

质心测量最简单的方法就是采用传感器直接测量计算，简便快捷，但此时传感器的绝对误差将不可避免的直接影响质心位置的测量准确性。质心位置一般偏离形心不远，质心偏移引起传感器数值的变化量与总质量的比值决定质心偏移量的大小，而这个变化量相对于物体总体质量而言是一个小值，传感器对于全部质量的测量误差都将叠加到这个小值上，所以传感器直接测量质心位置，精度将受到很大制约。

为提高质心位置测量灵敏度和精度，采用刀口结构，直接将整体质量由刀口承载，在刀口连线的垂直方向布置小量程传感器用来测量由质心偏离引起的偏心力。这样就提高了测量灵敏度与精度。这就是常用的一维天平式质心秤。在此结构上作进一步的改进，上下布置两组相互垂直的刀口结构，就可以形成二维天平式质心秤。但由于计算质心位置需要总质量，所以还需要辅助电子秤进行质量测量。

将上述刀口型质心秤进行创新，采用在一维刀口上放置旋转轴系进行二维质心测量（发明专利ZL 00 1 15925.9），便于动态测量和测量过程自动化。该方法具有结构紧凑、自动化程度高、精度高等优点，缺点是同样由于计算质心位置需要总质量，所以还需要辅助电子秤进行质量测量。

发明专利（ZL 200810049622.8）将上述结构的优点集于一身，将旋转轴系放置在传感器上，可以实行总体质量的称量；转轴由动力机构驱动缓慢转动，通过承物盘带动被测体同步旋转，可以实现偏离量的精确测量。若质心位置不在旋转轴系线上，质心将绕旋转轴系线作园周运动，此时传感器读数将产生周期性变化，测量一周后将得到最大值与最小值及对应的角度，据此可以计算出其质心位置。最大值与对小值之差是偏离量的两倍，二者之差是对同一传感器而言的，又正好把全量程的系统误差抵消，相当于是同一个传感器的比对测量，其精度明显提高。

而转动惯量测量最好的机构就是中心扭杆，刚性系数线性好使得测量范围大精度高，刚性系数调节量大使得测量适应性好，提供纯扭矩避免引起附加误差，扭动一个初始角度后杆件储能大使得有利于克服摩擦力、摆动周期稳定、测量精度高。