[发明专利]采用空间旋转力矩的变速倾侧动量轮倾侧角传感器标度因数测量方法

摘要

采用空间旋转力矩的变速倾侧动量轮倾侧角传感器标度因数测量方法，涉及变速倾侧动量轮运动物理参数测量技术领域。本发明的目的是为了解决现有方法针对倾侧角传感器标度因数存在测量精度低的问题。技术要点：坐标系建立与倾侧角传感器布局、构建倾侧角测量方程、施加空间旋转力矩并记录倾侧角传感器数据、基于传感器阈值和椭圆拟合的有效数据处理。本发明利用嵌入在转子体内侧的永磁体和两对固定于支撑框架上正交排布的力矩器线圈配合产生空间旋转力矩，并在后续数据处理过程中采用阈值处理，最大程度地提高了传感器数据的有效利用率并降低了传感器非线性因素的影响，实现了倾侧角传感器标度因数的精确测量。

主权项

1.一种采用空间旋转力矩的变速倾侧动量轮倾侧角传感器标度因数测量方法，其特征在于，所述方法的实现过程为：步骤一、坐标系建立与倾侧角传感器布局根据两对固定于支撑框架上正交排布的力矩器线圈，确定力矩器施加力偶矩的矢量方向TXOTY，进而可以确定非接触式位移传感器坐标系OXYZ，按照确定的传感器坐标系依次正交对称布局传感器探头A、B、C、D；其中，传感器安装平面与固定支承框架固连，位于转子体上表面外侧，传感器A、C配合测量沿OX轴倾侧角φX，传感器B、D配合测量沿OY轴倾侧角φY；倾侧动量轮转子体由回转式挠性结构支撑，可实现两维倾侧运动；在转子体下方设置精密加装的机械限位机构，限制了转子体的最大倾侧角度，并保证转子体倾侧的全部工作范围都在位移传感器的测量量程之内；步骤二、构建倾侧角测量方程在传感器出厂标定条件下测量的φX为其中，r为倾侧动量轮转子体中心轴线与传感器探头中心的径向距离，Q为传感器量程，M为传感器输出电信号最大值，LC、LA为传感器C、A探头与转子体上表面间距离，VC、VA为传感器C、A输出电压，NC、NA为传感器C、A探头轴向安装初始偏移，满足由于转子体倾侧角度小于5度，因此上述式(1)可进一步简化为其中，理想条件下的标度因数为然而，在实际工作条件下，由于被测转子体表面条件及使用环境的差别，实际的标度因数会发生较大变化，于是得到实际工作条件下的倾侧角测量方程为φX＝kX(VC‑VA)+νX  (4)其中，kX为实际工作条件下倾侧角φX的传感器标度因数，νX为常值偏移，kX和νX均需要通过实验进行测量和标定；同理，φY＝kY(VD‑VB)+νY  (5)其中，kY为实际工作条件下倾侧角φY的传感器标度因数，νY为常值偏移，kY和νY均需要通过实验进行测量和标定；步骤三、施加空间旋转力矩并记录倾侧角传感器数据在变速倾侧动量轮转子体静止不转动的条件下，给转子体在T_XOT_Y坐标系中施加大小恒定的、方向在传感器安装平面内以角速度ω匀速旋转的空间旋转力矩由于此力矩匀速旋转，因此可以在T_XOT_Y坐标系内沿两个坐标轴正交分解，分解结果为其中，M0为力矩器施加力矩幅值，要求在该力矩作用下转子体有一点可以始终位于极限(即最大)倾侧角位置θM，并沿机械圆周匀速旋转；转子体下方设置精密加工和装配的机械限位机构用于保证转子的极限倾侧角在整个机械圆周上的一致度；根据变速倾侧动量轮各坐标系定义及几何关系，可知tan2φX+tan2φY＝tan2θM  (7)同样，由于转子体倾侧角度小于5度，于是式(7)可进一步简化为将式(4)和式(5)代入式(8)可得可见，沿OX轴倾侧的差动电压与沿OY轴倾侧的差动电压满足式(9)的椭圆方程；步骤四、基于传感器阈值和椭圆拟合的有效数据处理将采集到的数据采用如下拟合方案：设置传感器有效值阈值，利用阈值范围内即传感器量程中间部分的数据进行拟合；针对OX轴和OY轴测量通道，分别设置传感器有效值阈值Λ_X和Λ_Y，依据和分别获得满足阈值要求的OX轴和OY轴传感器输出电压，采用所述拟合方案并结合式(9)的椭圆方程进行有效数据拟合，从而得到两个倾侧通道的传感器标度因数kX、kY和常值偏差νX、νY。