惯性传感器测试质量质心测量装置及方法研究

惯性传感器是空间引力波探测的核心载荷,惯性传感器内的测试质量是惯性和测量基准。测试质量质心、形心偏移会产生杂散力噪声,空间引力波探测对测试质量质心、形心偏移的技术指标要求小于3.75μm。由于需要获得测试质量精确的质心位置,并且商用质心测量装置无法满足测试质量质心测量精度需求,因此设计了一种基于五线摆的新型质心测量装置,根据测得的五线摆自由振动频率得到测试质量质心位置。实验结果表明,质心测量精度优于±1μm,满足空间引力波探测惯性传感器测试质量质心测量的精度需求。

五线摆扭转频率测量质心测量系统

测试质量是空间引力波探测仪器中惯性传感器关键组成部分,是边长46 mm、质量约为2 kg的正方体。为减小测试质量的质心偏离对惯性传感器精度的影响,需要对测试质量的质心偏离量精确测量。由于测试质量的质心偏离允差仅为3.75μm,以往的质心测量方法不能满足测量精度的要求,特提出通过高精度测量五线摆的扭转振动固有频率来间接测量测试质量质心偏差。该文首先通过对五线摆的动力学分析,给出物体质心偏离量与五线摆固有频率之间的函数关系,并据此分析固有频率测量精度需求。接着,介绍采用衍射光栅和四象限探测器测量五线摆扭振角位移的原理。然后通过建模和电磁仿真设计基于电磁螺线圈和永磁体的电磁驱动器。最后,给五线摆施加振幅可控的激励脉冲,根据记录的角位移数据拟合出五线摆的扭转振动固有频率。实验结果表明,在初始振幅为3×10^(-4) rad的扭转振动情况下,五线摆的固有频率测量精度为2.66×10^(-5) Hz,能够满足利用五线摆法测量测试质量质心偏移的需求。

动力总成质心合成实验研究及误差分析

为了能够准确、方便地获得动力总成质心坐标,提出了一种动力总成质心的合成方法。通过三线摆测试系统分别对发动机和变速器进行了测试,对动力总成质心进行了合成计算,对比了合成值与实际测量值,并分析了实验可能存在的误差。结果表明,实验与理论结合的方法具有较好的便捷性与准确性,可为实际工程应用提供参考。

基于MATLAB的钢丝绳运行时摆角变化分析

为确定钢丝绳在运行时的摆角变化情况,对桥式起重机的运动过程进行了分析。建立数学模型,确定了θx和θy与大车和小车的运行加(减)速度有关,并利用MATLAB软件分析了吊重绳长及小车加速度对钢丝绳摆角的影响情况,分析结果表明:可以通过减少绳长来控制摆角的大小;也可以通过不断改变小车的运行状态来抑制吊重摆动情况。

大坝垂线位移监测资料分析的4种统计模型

位移监测及分析是大坝安全监测的重点内容 ,垂线是使用最普遍的位移监测手段之一 ,它具有测点多、深入坝体等特点 ,获得的监测数据包含了反映坝体安全状态的信息。为更好地分析这些信息 ,在已有的监测分析方法基础上 ,结合近期研究成果 ,阐述了目前位移监测模型的进展 ,归纳提出了可用于垂线位移分析的 4种统计模型 ,并结合实例给予说明。这些模型为全面分析垂线位移提供了可能 ,可在不同情况下选择使用。

光学CT方法用于大坝垂线坐标的检测

把光学ＣＴ技术应用于大坝变形垂线坐标的测量，研制了用阵列光源和电荷耦合器件ＣＣＤ线阵构成的一种新型垂线坐标仪。工程现场测试资料表明，该坐标仪具有观测精度高、稳定可靠并能自动化监测的优点。

综合因素作用下的单摆运动分析

对摆绳阻力进行了定量分析。综合考虑单摆系统的空气阻力、摆绳重力及复摆因素后,借助MATLAB软件,用数值计算的方法对单摆运动进行了动力学描述。通过与实测数据比较发现,理论计算结果与实测值符合得很好。为此,为确定实际单摆实验的最佳摆角提出了一种依据。

垂线投影坐标的信息处理及光学 CT 反演算法

分析了用光学ＣＴ原理构成无透镜光学遥测垂线坐标仪的结构特点．提出了处理垂线光学投影数据的自卷积算法以及从多个方向投影数据提取垂线坐标的代数反演算法．

微波推力器独立系统的三丝扭摆推力测量

为了探究微波推力器的推力性能,采用三丝扭摆推力测量方法对微波推力器独立系统开展推力测量实验,同时分析三丝扭摆推力测量装置的数理模型并实验测定其不确定度,由此判断实验测量结果的可信度。推力测量结果表明,现有实验条件下三丝扭摆推力测量装置能测出不低于3m N的推力,其相对不确定度为14%;在三丝扭摆推力测量装置的推力测量范围内,没有测出微波推力器独立系统显著的推力,而是在230W微波功率输出条件下测出推力在±0.7m N范围内波动,相对不确定度大于80%。

悬丝摆式加速度计摆组件自动装配系统

摆组件是微型悬丝摆式加速度计的核心部分,其装配精度直接影响加速度计的测量准确性。为此,开发了一台摆组件自动装配设备。设计了上下固定式和可拆装式工装夹具,摆组件通过可拆装夹具安装在对应的固定夹具上。由步进直线电机驱动穿丝夹钳实现悬丝相对于玻璃管的穿入,并由微力传感器控制张紧力。真空吸附装置集成于三维运动平台构成上装调模块,实现上工装拾取、搬运和定位。锁紧装置集成于电动转台构成下装调模块,实现下工装的固定与姿态调整。通过上下工装夹具的对齐及合体,实现最终装配。装配过程中借助反射棱镜,由单相机实现立体视觉测量功能。实验数据表明,装配位置精度小于15µm,平行度小于15µm,满足自动装配设备的稳定可靠、装配精度高等要求。

不同摆角对三线摆测量转动惯量的影响

采用三线摆法测量物体的转动惯量，讨论在大摆角（大于5°）下悬盘、圆环和圆盘的转动惯量与理论值的差距，发现当摆角在5°～15°时三种待测物的测量结果误差均在5％以内，而当摆角取2°～3°时，周期测量值的起伏反而较大，导致转动惯量的测量值误差较大。所以笔者认为在实验中对摆角的要求不需严格规定在小于5°的范围内，只要不超过15°即可。

利用智能手机测定刚体转动惯量

基于传统方法,将智能手机与传统方法相结合,将其运用于传统三线摆测量刚体的转动惯量实验之中,利用智能手机自带的角速度传感器和SensorKinetics传感器软件,通过绘制"角速度—时间"图像来进行周期的计算,再将得到的两次周期数值代入原计算公式中,进而求得刚体转动惯量。经过多次实验后,利用智能手机得到的结果和传统方法相近,与理论值比较其相对误差也较小。在传统三线摆实验中运用智能手机不仅测量方便,而且增加了实验的趣味性和可操作性。

三线摆摆线质量对转动惯量精确测量的影响

三线摆法是测量转动惯量的常用方法,理论上通常都是把摆线作理想处理(即摆线质量趋于0),但在工程测量中,被测工件往往较重,摆线不再是轻质细线,摆线质量势必会对空载悬盘的转动惯量测量产生影响.本文应用哈密顿原理和变量替换,导出三线摆摆线的变张力弦振动方程,通过对摆线与悬盘连接点(x=0)的运动状态讨论,推得摆线质量不能忽略情形下的对称式三线摆的转动惯量计算式,并借助于MATLAB软件快速便利地进行计算.

三线摆加上刚体后振动周期变化的研究

根据振动方程从理论上推导了三线摆放上刚体后振动周期的变化规律,设计了一个新实验,对各种条件下摆的振动周期进行测量,用图解法直观地揭示了三线摆放上刚体后振动周期的变化规律,结果表明理论与实验得到的结论一致,从而加深学生对刚体动力学的理解.

三线摆实验中摆角偏大产生的误差及修正方法

研究了三线摆实验中摆角偏大(5°<θ<20°)时对测量转动惯量产生的误差和修正办法。实验发现随着摆角的增大,测得的圆盘转动惯量也会相应偏大,从而导致测量误差增大。文章通过进一步的理论分析解释了这一现象,并对测量结果进行了系统误差修正。

摆形矫治器与直丝弓矫治器治疗安氏Ⅱ类骨性Ⅰ类错畸形的研究

目的 分析安氏Ⅱ类骨性Ⅰ类错畸形患者经摆形矫治器结合直丝弓矫治器治疗后的牙颌面形态变化,探讨此方法建立正常牙关系的机制。方法 10例接受摆形矫治器结合直丝弓矫治器治疗的安氏Ⅱ类骨性Ⅰ类错患者,分别在治疗前(T1阶段)、摆形矫治器治疗后(T2阶段)及直丝弓矫治结束后(T3阶段)拍摄头颅定位侧位片,对3个阶段牙齿、颌骨及软组织的位置变化进行测量及分析,同时观察上颌第二、三磨牙的位置和萌出情况。结果 摆形矫治器治疗阶段上颌第一、二磨牙远中整体移动并适度远中倾斜,上切牙唇向倾斜,上齿槽座点前移;直丝弓矫治后上颌第一、二磨牙位置与治疗前无明显差异,下齿槽座点和下颌第一磨牙明显前移;上颌第二磨牙萌出顺利。结论 摆形矫治器可使上磨牙明显远中移动,但固定矫治结束后上磨牙前后位置因上颌骨生长和一定程度的支抗丧失而有所复原;

Unity3D在虚拟物理实验设计中的应用

以三线摆为例,介绍了使用Unity3D技术设计虚拟物理实验的主要过程和方法。总结了Unity3D技术优缺点以及其技术前景。

三丝扭摆微推力在线测量方法及不确定度分析

介绍了一种利用三丝扭摆在线标定和测量毫牛级微推力的方法,该方法采用扭矩平衡和光杠杆放大的原理,将推力器的微小推力转化为光斑的大位移。为消除环境和热等诸多外界因素的影响,使用了砝码在线标定方法,并分析了其测量不确定度。结果表明,使用该方法后在有效的推力测量范围内合成不确定度最小可达到1.5%。

格里森弧齿锥齿轮设计方法研究

作者提出了用格里森弧齿锥齿轮代替奥林肯摆线锥齿轮的设计计算新方法，并以粘胶制备后溶解机的奥林肯摆线锥齿轮为实例，详细阐述了格里森制代替奥林肯制的转换设计计算方法及其可行性，对一般传动装置的设计计算具有一定的参考价值。

单片机在三线摆实验中的应用

介绍了用 80 3 2单片机辅助三线摆实验的原理和方法 。