扭擺法轉動慣量測量中扭桿溫度補償方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種扭桿溫度補償方法。
【背景技術】
[0002] 在利用扭擺法轉動慣量測量臺測量物體轉動慣量的過程中，環境溫度的變化或者 扭桿扭擺過程中的發熱都會使得扭桿的溫度發生變化，扭桿的溫度變化使得其扭擺周期發 生變化。所W，扭桿的溫度變化會給轉動慣量測量臺的測量的精度帶來一定的影響。
[0003] 國內研制的轉動慣量測量儀器現階段大部分都沒有提出扭桿溫度變化對測量精 度的影響情況，也都未采取相應的溫度補償措施。國外的一些轉動慣量測量儀器精度要優 于國內的產品，有些產品考慮到了溫度對測量精度的影響并且提出了一些減小溫度影響的 措施，比如美國空間電子公司（SpaceElectronics)的GB系列產品（GB3300和GB8800)轉 動慣量的測量精度達到0. 1 %，為了使測量達到最優的精度，要求在使用此系列產品時周圍 環境溫度的變化控制在±rc內，并且采用扭桿底端連接到扭桿夾的方式來減少由于機架 熱膨脹W及氣浮軸承間隙微小變化導致的扭桿剛度變化。
[0004] 溫度對物體物理性能的影響情況往往受到物體的材料種類、物體的形狀特性W及 環境溫度的變化情況等多方面的影響，實際研究中常常采用的是實驗的方法，通過具體的 實驗來找出溫度變化對物體的物理特性的影響規律。此研究就是通過實驗找出溫度變化對 轉動慣量測量臺測量精度的影響的規律，根據找出的規律，對扭桿溫度變化所導致的測量 誤差進行補償和修正。
【發明內容】
[0005] 本發明目的是為了解決現有利用扭擺法轉動慣量測量臺測量物體轉動慣量的過 程中，扭桿的溫度變化影響轉動慣量測量臺測量精度的問題，提供了一種扭擺法轉動慣量 測量中扭桿溫度補償方法。
[0006] 本發明所述扭擺法轉動慣量測量中扭桿溫度補償方法，該溫度補償方法基于扭擺 法轉動慣量測量臺實現，
[0007] 將待測物體放置在轉臺上，將轉臺轉過一個角度釋放，在忽略了空氣阻巧的條件 下，剛體對于轉臺的扭擺周期與剛體對于轉動慣量測量臺轉軸的轉動慣量之間有如下關 系：
[0008]
【主權項】
1.扭擺法轉動慣量測量中扭桿溫度補償方法，其特征在于，該溫度補償方法基于扭擺 法轉動慣量測量臺實現， 將待測物體放置在轉臺上，將轉臺轉過一個角度釋放，在忽略了空氣阻尼的條件下，剛 體對于轉臺的扭擺周期與剛體對于轉動慣量測量臺轉軸的轉動慣量之間有如下關系：
(1)， 其中，D表示扭桿的扭轉剛度，
-是與扭桿的扭轉剛度有關的系數，T為扭擺周 期； 轉動慣量測量臺在23°C時的轉動周期TM:
其中，Jm表示實際測量物體的轉動慣量，Jk表示測量臺負載的轉動慣量，b k表示23°C時 的扭擺周期值； 當扭桿溫度變化△ K度時扭桿溫度變化對周期的影響值Tc為： Tc= akAK (3)， 其中，ak表示扭擺周期隨溫度變化的系數； 根據公式（1)、（2)和（3)獲取扭桿溫度變化對轉動慣量測量值的影響值R :
在轉臺空載、兩個標準砝碼負載、四個標準砝碼負載和六個標準砝碼負載四種情況下 測量扭桿溫度變化時的扭擺周期和轉動慣量的變化，利用最小二乘法擬合出轉臺扭擺周期 隨扭桿溫度變化的一次曲線，設擬合出的曲線方程為： y = ak (x-23) +bk (6)， 其中，x表示扭桿的溫度，單位為°〇，y表示扭桿溫度變化時測得的周期數據； 將上述四種情況下獲得的t的平均值帶入公式（5)中，獲得R的準確值為： R = 2. 95X IO^4X ΔΚ+2. 16X IO^8X ΔΚ2 (7)； 獲得溫度對轉動慣量測量精度影響的表達式：R = (2. 95 X KT2X Λ K) % ; 對扭桿的扭轉剛度有關的系數A進行修正后的轉動慣量為： J = A (1-2. 95 X KT4 X Δ Κ) Tm2-J0， 其中，Jq為23°C時空載轉臺的轉動慣量值，Jq= 93. 42Kg · m2; 對扭桿的扭轉剛度有關的系數A進行修正后即為對溫度導致的轉動慣量測量誤差進 行補償。
2. 根據權利要求1所述的扭擺法轉動慣量測量中扭桿溫度補償方法，其特征在于，在 轉臺空載、兩個標準砝碼負載、四個標準砝碼負載和六個標準砝碼負載四種情況下，a k分別 為：4. 15X 10-4、5· 35X 10-4、6· 29X 10-4、6· 60X 1〇Λ bk分別為：2· 84、3· 60、4· 21 和 4. 53。
3. 根據權利要求1所述的扭擺法轉動慣量測量中扭桿溫度補償方法，其特征在于，測 量的相對誤差為：
【專利摘要】扭擺法轉動慣量測量中扭桿溫度補償方法，涉及一種扭桿溫度補償方法，本發明為解決現有利用扭擺法轉動慣量測量臺測量物體轉動慣量的過程中，扭桿的溫度變化影響轉動慣量測量臺測量精度的問題。本發明基于扭擺法轉動慣量測量臺實現，將待測物體放置在轉臺上，測量扭桿溫度變化時的扭擺周期和轉動慣量的變化，利用最小二乘法擬合曲線的方法獲取了扭桿剛度系數A隨溫度變化的規律，利用該規律對轉動慣量測量結果進行溫度誤差補償。本發明用于利用扭擺法轉動慣量測量臺測量物體轉動慣量中。
【IPC分類】G01M1-02, G01M1-10
【公開號】CN104865008
【申請號】CN201510001532
【發明人】張曉琳, 唐文彥, 王軍, 鄒斌
【申請人】哈爾濱工業大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年1月4日