[发明专利]高精度宽量程转速发生装置

说明书

本发明公开了一种高精度宽量程转速发生装置。该装置包括：控制单元，其包括位置传感器、FPGA模块和微处理器，位置传感器与FPGA模块通信连接，FPGA模块与微处理器通信连接；机电单元，包括伺服电机、电子转换器、齿轮增速机构、低转速输出轴和高转速输出轴，伺服电机与所述电子转换器电连接，与齿轮增速机构机械连接，与低转速输出轴和高转速输出轴传动连接；以及输入输出单元。该装置基于伺服电机、两级高精密齿轮增速机构和FPGA技术来实现0.1～100000r/min标准转速的宽量程发生和精确控制，能够完成对转速表、转速测量仪和转速传感器准确可靠的接触式或非接触式宽量程转速检测校准。

技术领域

本发明涉及计量测试技术领域，更具体地，涉及一种用于接触式或非接触式转速测量仪表和转速传感器检测的高精度宽量程转速发生装置。

背景技术

转速是是描述各种旋转机械运转技术性能的一个重要参量，是力学运动学计量的基础，而旋转机械的转速均需利用转速测量仪表或转速传感器及二次仪表来实现测量，其中属于工作器具的转速测量仪表和转速传感器被社会各行业广泛选用。比如转速测量仪表和转速传感器是机械行业必备的仪器之一，用来测定电机的转速或频率，常用于电机、电扇、造纸、塑料、化纤、洗衣机、汽车、飞机、轮船等制造业，涉及国民经济各个领域。各种类型的转速测量仪表及转速传感器都必须通过转速标准装置或转速发生装置来检定或校准。

在计量测量领域，为了保证量值统一或测量准确可靠，对转速测量仪表和转速传感器的测量范围和测量误差进行检测是一项重要工作。在国内，转速测量仪表的传统检测往往使用无刷电机配合五级齿轮变速装置靠五个转速输出轴来组成标准转速装置，覆盖5～100000r/min的转速输出范围，如中国专利“标准转速装置”（申请号：201420626207.5）所公开的。另一种扩展转速测量上限则基于微型电机和FPGA技术，靠一个转速输出轴来组成标准转速装置，覆盖3000～120000r/min的转速输出范围，如中国专利“转速标准装置”（申请号：201620473050.6）所公开的。此外，使用高速伺服电机连接增速传动箱与减速传动箱的组合配置，覆盖0～20000r/min的转速输出范围，如中国专利“转速特性校准装置”（申请号：202010208262.2）所公开的。

随着近年来航空航天、国防军工、医疗卫生以及一些高新技术产业的飞速发展，现有的这两类转速标准装置和一类转速特性校准装置在测量范围及测量精度方面已经不能满足来自国防建设和民生安全的宽量程转速计量需求。

在现有技术中，通常使用无刷电机配合齿轮变速装置，通过五级增速减速来实现输出范围的扩展，其所能达到的转速范围为5～100000r/min，使用微型电机和FPGA技术，其所能达到的转速范围为3000～120000r/min，及使用高速伺服电机连接增速传动箱与减速传动箱的组合配置，覆盖0～20000r/min的转速输出范围，都已经不能满足常用宽量程转速测量仪表测量范围0.1～100000r/min的宽量程要求。并且，无刷电机配合五级齿轮变速装置，结构复杂、外形笨拙，运行时振动、噪声较大，由于五级变速的误差积累：在转速为5～1000r/min 时不确定度为1×10^-4，在转速为1000～100000r/min 时为5×10^-5，高速伺服电机连接增速传动箱与减速传动箱的组合配置也存在多级变速的误差积累，而微型电机的机械磨损导致精度降低、稳定性不佳、且使用寿命不长，不能满足检测高精度转速测量仪1×10^-5的高准确度要求。

发明内容