ДВУХОСНЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для испытаний и калибровок измерительных устройств, например, датчиков угловой скорости, акселерометров, гироскопических устройств различного назначения.
Известны динамические стенды, предназначенные для испытаний гироскопических элементов (1, 2). Для точного измерения угловой скорости в них использованы гироскопические датчики. Указанные стенды обладают высокой точностью измерения угловой скорости, но при этом являются одноосными, и даже при этом имеют сложные функциональные схемы, обладают высокой стоимостью и не всегда удобны в эксплуатации.
Известен двухосный динамический стенд, предназначенный для аттестации преобразователей инерциальной информации (3). В данном стенде в следящих системах управления движением по осям стенда в качестве измерителей угловой скорости использованы электромеханические тахогенераторы постоянного тока. Недостатком известного стенда является низкая точность задания угловой скорости, особенно при малых величинах угловых скоростей, поскольку точности электромеханических тахогенераторов при малых величинах угловых скоростей существенно хуже точностей гироскопических датчиков.
Целью настоящей полезной модели является создание недорогого двухосного стенда, обладающего возможностью задания любой пространственной ориентации испытываемого измерительного устройства и обеспечивающего вращение одновременно по двум осям с заданными угловыми скоростями и с высокой точностью.
Поставленная цель достигается тем, что в двухосном динамическом стенде, содержащем основание, установочную площадку, размещенную с возможностью неограниченного вращения на раме, установленной с возможностью неограниченного вращения в основании, приводы и датчики углового положения по осям рамы и установочной площадки, блок управления и контроля и блок питания, в качестве датчиков углового положения совместно использованы вращающиеся трансформаторы и фотоэлектронные преобразователи угловых перемещений, а в блок управления и контроля введены счетчики импульсов и таймер.
Кроме того:
в качестве фотоэлектрических преобразователей угловых перемещений использованы инкрементные энкодеры;
- приводами являются бесколлекторные двигатели постоянного тока;
- вращающиеся трансформаторы, входящие в состав бесколлекторных двигателей постоянного тока, использованы и для определения углового положения осей стенда;
- по оси установочной площадки и оси рамы установлены электромеханические арретиры;
- по оси установочной площадки и оси рамы установлены коллекторные токоподводы:
- блок управления и контроля реализован с использованием персонального компьютера.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежом (Фиг.), где представлен общий вид механической части стенда.
Двухосный динамический стенд имеет основание 1, установочную площадку 2, для размещения на ней испытываемого элемента. Установочная площадка 2 размещена на раме 3 с возможностью неограниченного вращения (на Фиг. ось вращения площадки вертикальна). Рама 3 в свою очередь установлена в основании также с возможностью неограниченного вращения (ось вращения рамы горизонтальна). По осям установочной площадки 2 и рамы 3 установлены приводы 4, датчики углового положения 5 и электромеханические арретиры 6. Для балансировки рамы после установки испытуемого элемента предусмотрены балансировочные грузы 7.
Приводами по осям площадки и рамы являются бесколлекторные двигатели постоянного тока. Для обеспечения работы такого двигателя используется «электронный коллектор» - электронные ключи усилителя мощности, входящего в блок управления и контроля. Управление электронного коллектора осуществляется по сигналам с вращающегося трансформатора об угловом положении ротора двигателя относительно статора.
В качестве датчиков углового положения по осям площадки и рамы использованы фотоэлектрические преобразователи угловых перемещений - инкрементные энкодеры, например, типа ЛИР-276 производства СКБ ИС г.Санкт-Петербург. Особенностью этого типа датчиков является высокая разрешающая способность (до 2000000 импульсов за оборот), что определяет их высокую точность при малых габаритах, а также удобство их использования в дискретных системах управления. Наличие вращающегося трансформатора в составе бесколлекторного двигателя постоянного тока позволяет использовать информацию с него совместно с информацией фотоэлектрического датчика в алгоритме определения углового положения установочной площадки. А для точного измерения задаваемой угловой скорости в состав блока управления и контроля введены счетчики импульсов и таймер.
Для фиксации установочной площадки на заданных углах в диапазоне (0-360) град., например, с дискретом 5 град.: 0, 5, 10, 15, 20 и т.д. (град.), по обеим осям установлены электромеханические арретиры 6. Выполнены они могут быть на основе электродвигателей с редуктором, стопорным элементом и лимбом с углублениями на углах 0, 5, 10, 15, 20 и т.д. (град.); или на основе соленоидов, в которых подпружиненный якорь является стопорным элементом.
Для обеспечения электрической связи с испытуемым элементом в условиях неограниченного вращения по осям рамы и установочной площадки размещены коллекторные токоподводы (на Фиг. не показано).
В состав стенда наряду с механической частью входят обслуживающие электронные блоки: блок питания и блок управления и контроля.
Блок питания необходим для выработки всей номенклатуры электропитания стенда и защиты электроэлементов от перегрузок. Может быть выполнен по стандартным широкоиспользуемым схемам.
Блок управления и контроля содержит набор функциональных элементов: цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразователи, усилители мощности, логические устройства, устройства индикации, устройства задания углов и угловых скоростей по обеим осям, счетчики импульсов с фотоэлектрических датчиков, высокоточный таймер, перепрограммируемый процессор, устройства ввода - вывода. Совместно с приводами и датчиками углового положения элементы блока управления и контроля реализуют следящие системы по углу и угловой скорости. Большая часть функций блока управления и контроля может быть реализована с использованием персонального компьютера. В этом случае набор функциональных элементов и устройств блока управления и контроля существенно уменьшается, а удобство работы со стендом возрастает.
Работа со стендом осуществляется следующим образом. Устанавливают и закрепляют испытываемый элемент (гироскоп, датчик угловой скорости, акселерометр и т.п.) на установочной площадке. Подключают испытываемый элемент через коллекторные токоподводы к автономному блоку регистрации выходной информации (входит в комплект испытываемого элемента). На блоке управления и контроля стенда задают ручками управления или через персональный компьютер углы разворота по осям установочной площадки и рамы. Включают следящую систему управления по углу. Установочная площадка разворачивается в необходимую ориентацию. При необходимости по команде с блока управления арретируют одну из осей с помощью электромеханических арретиров. На блоке управления и контроля задают ручками управления или через персональный компьютер скорости разворота по осям установочной площадки и рамы. Включают следящую систему управления по угловой скорости. Установочная площадка с испытываемым элементом начинает вращение с заданными скоростями. Во время вращения регистрируют сигналы с испытываемого элемента и контролируют скорости вращения.
Программное обеспечение позволяет реализовывать любую циклограмму работы стенда в режимах позиционирования или угловых скоростей раздельно по каждой из осей или одновременно по двум осям. При этом обеспечивается позиционирование углов в диапазоне (0-360) град. с погрешностью 0,01 град., а задание угловых скоростей в диапазоне (-500 - +500) град/сек, с погрешностью 0,005%.
На предприятии ООО «ТРЕНД» изготовлены опытные образцы двухосного динамического стенда. Экспериментальная проверка подтвердила высокую эффективность заявленного технического решения.
Источники информации:
1. Сломянский Г.А. и др., Поплавковые гироскопы и их применение, М., 1968, с.178-190.
2. RU 2044274, C1, 1992.
3. RU 2272256, C1, 2004.