[发明专利]一种电磁驱动式角振动台

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁驱动式角振动台，特别是一种用于角振动传感器标定的电磁驱动式角振动台。

技术背景

角振动台不仅广泛地用于标定各式角振动(角位移、角速度、角加速度)传感器的动态特性，还可用于对各种产品进行角振动环境试验。

目前，角振动台一般采用基于电动机驱动的结构。彭军，何群，薛景锋和孙浩于2005年第25卷第6期的《计测技术》杂志中发表了名为低频标准角振动台的论文。低频角振动台主要由机械系统、控制系统、测量系统和信号处理系统。机械系统主要由主轴、台面、空气轴承、光栅和电机组成。被校传感器安装于台面，电机作为驱动主轴旋转的驱动元件，空气轴承利用气膜产生的均化效应，达到提高回转精度，降低摩擦力的目的。控制系统主要由力矩电机，控制器，放大电路组成。在控制器中设有电流回路、转换回路、速度回路和位置回路来提高控制性能。利用计算机控制DAC产生不同频率和幅值的电压信号送给控制系统，驱动角振动台产生一定频率和振幅的正弦角运动。测量系统以圆光栅测量的角运动量作为进行控制的反馈量，使用多通道数据采集模块用于采集光栅和被校传感器的电信号。最后信号处理系统根据圆光栅测量的角运动量计算获得被校传感器的灵敏度和相移。

这种低频角振动台的缺点在于：这种角振动台由于受电机本身齿槽效应的影响导致转矩波动，即使采用无刷直流力矩电机也会对角振动台的输出波形产生不利影响。若采用有刷直流力矩电机，加上电机本身摩擦力的影响，将更加恶化角振动台输出的波形。

发明内容

为了克服现有的电机驱动式角振动台输出波形失真大的缺点，本发明提供了一种输出波形失真度低的电磁驱动式角振动台。

一种电磁驱动式角振动台，包括外壳、工作台面、带动工作台面旋转的主轴、动圈组件、磁路组件、电粘弹性反馈控制组件、空气轴承和角位移传感器；

其特征在于：主轴与动圈组件固定连接，动圈组件包括与主轴连接的动圈基体和缠绕在动圈基体上的线圈，动圈基体与主轴固定连接；

磁路组件包括导磁环、中心磁极以及磁钢，且导磁环、中心磁极、磁钢和气隙形成闭合磁回路；中心磁极位于导磁环内，导磁环与中心磁极同轴，磁钢位于导磁环与中心磁极之间，磁钢吸附于中心磁极上；动圈组件位于磁钢和导磁环之间，动圈组件与导磁环同轴；

磁路组件固定于磁路支撑件上，磁路支撑件固定于底座上，磁路支撑件上设有环形槽，动圈组件伸入环形槽内，动圈组件与环形槽的槽壁之间有间隙，动圈组件能够在环形槽内自由转动。

角振动台工作时，向线圈内通入交变电流，线圈在磁场的作用下产生安培力，从而使动圈组件在磁场的作用下绕平衡位置来回振动。工作台面输出的角位移量（峰峰值）与动圈有效导线所占角度之和小于或等于磁钢扇形角，有效导线指的是在磁场中能够产生安培力的导线段。

角振动台的电粘弹性反馈组件包括角位移传感器、反馈单元、信号发生器、减法器、PID控制器、功率放大器、角振动台；角位移传感器由读数头和圆光栅两部分组成，圆光栅安装在工作台面上，读数头通过安装架固定在空气轴承的轴承座上。

角位移传感器用于检测动圈组件和工作台面输出的角位移信号，该角位移信号输入到反馈单元，反馈单元将输入的信号放大获得第一输出信号、并将输入的信号先微分处理后再放大获得第二输出信号、再将第一输出信号与第二输出信号叠加获得反馈单元输出信号；反馈单元输出信号与信号发生器输出的标准信号经减法器求差，得到偏差信号，接着偏差信号经过PID调节器处理后输出给功率放大器，驱动角振动台运动，从而实现角振动台转动部件的电粘弹性反馈控制。电粘弹性反馈组件作为角振动台的弹性部件，替代了现有振动台的机械弹簧，实现转动部件的自动回复零位功能。

由于机械弹簧在大角位移时，存在非线性问题，严重影响了角振动台输出的角运动量波形的失真度，而电粘弹性反馈控制组件相当于一个刚度和阻尼系数线性可调节的弹簧，因此能改善和降低角振动台输出运动量波形的失真度。

进一步，空气轴承包括轴承座和轴承本体，主轴套接于轴承本体内，轴承本体套接于轴承座内，轴承座与轴承本体固定，主轴底部设有与轴承本体配合的台阶；

轴承本体的外表面设有圆环形的进气凹槽，轴承座上设有与进气凹槽连通的进气孔，轴承本体上设有将气体导向轴承本体与主轴之间的径向导气孔，将气体导向轴承本体与工作台面之间的上轴向导气孔和将气体导向轴承本体与主轴的台阶之间的下轴向导气孔，径向导气孔、上轴向导气孔和下轴向导气孔的出气端分别设有节流孔，且沿圆周方向均匀分布。