角振动测量方法的研究

第37卷第12期

振动与冲击

JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.37 No.12 2018

角振动测量方法的研究

刘爱东$$于梅$$何闻2

(1.中国计量科学研究院，北京100029;2.浙江大学机械工程学院浙江省先进制造技术重点实验室，杭州310027)

摘要：中国计量科学研究院研制出频率范围〇. 〇〇〇 5 H y ~ 1 200 H z高精度角振动基准装置，低频角振动装置最 大角位移300°，中频角振动装置最大角位移60°，角加速度范围为0.04 ra d/I ~2 000ra d/1。装置实现了衍射式外差激

光干涉仪测量方法，以及圆光栅和双光束外差激光干涉仪差动测量。角加速度复灵敏度测量不确定度（N =2):参考点优

于 0.5%，0. 5°，通频带优于 1.0%，1.0。。

关键词：角振动;角加速度;角速度;角位移;外差激光干涉仪;衍射光栅;正弦逼近法

中图分类号：TH825 文献标志码：A DOI:10.13465/ki.jvs.2018.12.032

A study of an angle vibration measuring method

LIUAidong1，YUM ei1，HEWen2

(1. National Institute of Metrology，Beijing 100029,China；2. Key Lboratory of Advanced Manufacturing Technology of Zhejiang Province，

School of Mechanical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China)

Abstract: Primary standard of angular vilDration devices have been developed in the National institute of Metrology. T he max i m u m angular displacement of low angular vibration device i s300 0 and medium angular vibration device i s60 °.

T he dynamic range of angular accelerate i s 0. 04 rad/s2to 2 000 rad/s2.Diffraction grating and heterodyne laser interferometer acted as t he main measurement metliod. At the same time，circular grating and two-l3eam heterodyne laser interferometer differential measurement have been realized. Uncertainty of measurement of angu (N = 2) is: 0.5%，0.5o(reference)，and others are better than 1.0%，1.0o in whole frequency band.

Key words ：angular vibration; angular accelerate; angular velocity; angular disp l acement; heterodyne laser interferometer；diffraction grating; sine approximation method

振动按位移形式可分为直线振动和角振动，角振 动与直线振动在应用中同等重要，在航空航天飞行器 姿态控制，交通运输工具转向以及平稳性行驶，机器人 的研究与控制等存在大量的科学研究与应用。德国物 理技术研究院建立了 〇.3 Hz~ 1 000 H z的角振动计量 标准装置，最大角位移60。，测量方法采用衍射光栅式 外差激光干涉仪的测量法[1_2]。韩国标准与科学研究 院建立了 8 Hz~5 000 H的角振动标准装置，测量方法 为零差激光干涉仪与棱镜配合的测量方法[3?4]。我国 304所先后研制了低频角振动标准装置和中频角振动 标准装置，其中低频角振动台采用电机拖动方式，使用 圆光栅测量法，频率范围o.l Hz~ 100 H z。中频角振动 采用电磁原理，使用平面光栅和外差激光干涉仪测量 法，频率范围10 H z~550 H z[5_6]。中国计量科学研究 院在2012年开展了角振动计量基准装置的研制，以及

收稿日期！2016 -08 -30 修改稿收到日期:2016-12-28

第一作者刘爱东男，硕士，副研究员,1977年生

通信作者于梅女,研究员，1956年生基于衍射光栅式外差激光干涉仪的正弦逼近法、双光 束外差激光干涉仪差动法，圆光栅法等多种高精度角 振动测量方法的研究，并于2015年建立了0.000 5 Hz _ 1 200 H z的角振动计量装置，其中：0. 05 Hz _1 200 Hz 可精确复现角加速度幅值和相位；0.000 5 Hz_ 0.05 Hz可精确复现角速度和角位移幅值和相位。

1角振动原理

角振动基准装置由角振动激励源和角振动测量系 统构成。角振动台产生往复的机械旋转振动，即角加 速度、角速度、角位移。测量系统测得上述角振动参量，同时测得被校角振动传感器或者角振动测量仪器 的信号输出，得出被校传感器或者测量仪器的性能，结 构原理如图1所示。中国计量科学研究院建立的低频 角振动基准装置，频率范围0.000 5 Hz~160 H z，最大 角位移300。；中频角振动基准装置0.1Hz~1 200 H z，最大角位移60。。两个角振动台均采用磁电原理设计，具有低失真、大承载、大动态角加速度范围的特点。