零长弹簧式重力仪的定中机构、定中安装方法及维持方法技术

本发明专利技术涉及零长弹簧重力仪的无接触式定中机构、定中安装方法及维持方法，定中机构包括径向磁悬浮定子机构、径向磁悬浮动子机构和磁悬浮外围控制电路；径向磁悬浮定子机构与重力仪壳体固连，包括重力仪框架和固装于框架内的上、下磁悬浮定子组件和力发生器定子组件；径向磁悬浮动子机构包括同轴对中安装的电容动极板、弹簧套筒、零长弹簧、上磁悬浮动子、下磁悬浮动子和力发生器转子；磁悬浮动子机构以沿径向和轴向可移动的方式安装于磁悬浮定子机构内；磁悬浮外围控制电路用于检测定子与动子之间的气隙位移大小，将该信息反馈到控制回路，控制电路根据上述信息匹配出控制磁悬浮线圈的电流。本发明专利技术结构简单、可靠，定中精度高，定中阈值小。

【技术实现步骤摘要】
零长弹簧式重力仪的定中机构、定中安装方法及维持方法
本专利技术专利属于精密仪器仪表领域，涉及零长弹簧重力仪等精密重力测量元件，特别涉及一种零长弹簧重力仪的无接触式定中机构。
技术介绍
传统的零长弹簧式重力仪采用的是径向拉丝方案的定中结构，该种结构在大动态条件下取得了良好的定中效果，使得零长弹簧式重力仪在动态条件下的精度取得了长足的发展。随着科学技术的不断发展，对重力仪的分辨率和精度提出了更高的要求，该结构通过牺牲分辨率来达到径向的高刚度，该种思路已经不能满足重力仪对分辨率的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种零长弹簧重力仪的定中机构、定中安装方及维持方法，该定中机构可提高零长弹簧重力仪的精度和刚度、并降低定中阈值，该定中实现方法及定中维持方法易于实现、操作简单。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案为：一种零长弹簧重力仪的定中机构，其特征在于：包括径向磁悬浮定子机构、径向磁悬浮动子机构和磁悬浮外围控制电路；所述径向磁悬浮定子机构整体与重力仪壳体固定连接，包括重力仪框架、上磁悬浮定子组件、下磁悬浮定子组件和力发生器定子组件，所述上磁悬浮定子组件、下磁悬浮定子组件和力发生器定子组件以同轴对中的方式由上至下依次固定安装于框架内腔中；所述径向磁悬浮动子机构包括电容动极板、弹簧套筒、零长弹簧、上磁悬浮动子、下磁悬浮动子和力发生器转子；所述零长弹簧以同轴对中的方式设置于弹簧套筒内，所述电容动极板、上磁悬浮动子、下磁悬浮动子和力发生器转子以同轴对中的方式由上至下依次固定套装于弹簧套筒的外部；所述磁悬浮动子机构以沿径向和轴向可移动的方式浮动安装于磁悬浮定子机构内，所述上磁悬浮定子组件与上磁悬浮动子配合构成上磁悬浮定中部件，所述下磁悬浮定子组件与下磁悬浮动子配合构成下磁悬浮定中部件，所述力发生器定子组件与力发生器转子配合构成力发生器部件；所述磁悬浮外围控制电路用于检测磁悬浮定子组件与磁悬浮动子之间的气隙位移大小，将该信息反馈到控制回路，控制电路根据上述信息匹配出控制磁悬浮线圈的电流，进而调整磁悬浮定子组件与磁悬浮动子之间的定中用的电磁力。进一步的：所述磁悬浮定子组件包括定子磁芯、定子钛套、磁悬浮线圈；定子钛套套装固定于定子磁芯的外部，在定子磁芯的内部设置有8个磁极，磁极外表面分别缠绕绝缘胶带；磁悬浮线圈的数量为4对，4对磁悬浮线圈以相邻两个磁极分组缠绕于定子磁芯的8个磁极，经定子磁芯、定子磁芯与磁悬浮动子之间的气隙和磁悬浮动子构成闭环磁回路；所述4对磁悬浮线圈公共端引出一个接线柱0端，0端接地，建立工作主磁场；4对磁悬浮线圈的另一端分别引出1、2、3、4接线柱端，1、2、3、4接线柱端同时接入电源正端；对应1、3接线柱端的2对磁悬浮线圈并接形成控制径向磁悬浮定子机构沿X轴方向移动的第一单自由度磁悬浮桥路，第一单自由度磁悬浮桥路上设置有检测动子与定子之间沿X轴方向气隙变化的输出电压VX；对应2、4接线柱端的2对磁悬浮线圈并接形成控制径向磁悬浮定子机构沿Y轴方向移动的第二单自由度磁悬浮桥路，第二单自由度磁悬浮桥路上设置有检测动子与定子之间沿Y轴方向气隙变化的输出电压VY。一种零长弹簧重力仪的定中安装方法，其特征在于，基于上述的零长弹簧重力仪的无接触式定中机构，包括如下步骤：S1安装径向磁悬浮定子机构；先后将下磁悬浮定子组件和上磁悬浮定子组件分别从重力仪框架的上端口装入重力仪框架内设置的下限位台面处和上限位台面处，在装配过程中严格保证上、下磁悬浮定子组件的同轴度，装配到位后，对上下磁悬浮定子组件进行固定，固定方式采用尺寸配合和胶粘的方式：然后将连接磁悬浮线圈接线柱的引线贴在框架内壁进行引出；S2安装径向磁悬浮动子机构：先组装径向磁悬浮动子机构，其中上下磁悬浮动子用胶固定连接于弹簧套筒外，安装后要保证上下磁悬浮动子的圆度及两者的同轴度；然后将组装后的径向磁悬浮动子机构装入径向磁悬浮定子机构内；S3连接控制线路进行对中调试，对中调试过程主要完成机械零位和电器零位的重合工作：首选在第一单自由度磁悬浮桥路上和第二单自由度磁悬浮桥路上分别设置滑动变阻器；通过调整两个单自由度磁悬浮桥路上的滑动变阻器来实现径向磁悬浮动子机构沿X轴方向和Y轴方向的移动，该调整过程中应严格保持磁悬浮动子轴向方向绝对垂直，当机械零位和电器零位重合后，在两个单自由度磁悬浮桥路上各固定一对桥路电阻，认定该状态磁悬浮动子处于理想的工作位置，此时连接控制回路，调整控制回路的PID参数，使得在径向扰动条件下磁悬浮系统有理想的动态特性，满足重力仪对径向冲击的要求，此时完成了整个定中机构性能的实现；最后将力矩器转子的信号引线通过高刚度低干扰力矩的游丝引出。一种零长弹簧重力仪的定中维持方法，其特征在于，基于上述的零长弹簧重力仪的无接触式定中机构，包括如下步骤：S1控制信号提取：在零长弹簧重力仪使用过程中，在两个单自由度磁悬浮桥路上输入交流电，提取输出电压VX和输出电压VY，并将两电压信号经过前置放大后输出给DSP；S5信号处理：DSP将输入的两输出电压信号分别与对应的参考电压信号相比，当输入的电压信后与参考电压信号不一致时，DSP根据比对差值，匹配出对应的控制电流信号，经PWM输出，输出信号经功率放大后将给定的电流值加到磁悬浮定子组件中的磁悬浮线圈中，通过定子组件的磁通变化来实现径向磁悬浮动子的位移调整，实现零长弹簧重力仪在径向干扰条件下的稳定可靠工作。进一步的：采用时序控制策略，具体的：设定控制周期为15ms，设定第1ms提取磁悬浮线圈的交流信号作为位移信号，第2-14ms作为加力的时间，通过DSP输出的PWM信号通过功率放大器将整流后的直流电流施加到磁悬浮线圈中，实现了磁悬浮电磁力的实时调整，第15ms衰减加力信号，完成位移的提取，同时完成施加电磁力的功能。本专利技术具有的优点和积极效果：1、本定中机构消除了传统拉丝定中系统轴向与径向的相互耦合，在实现精确定中的同时，为进一步降低弹性系统的轴向刚度提供了一种方案，该方案至少可将零长弹簧重力仪的分辨率提升一个量级；2、本定中机构采取的控制方式可根据重力仪对径向冲击的要求及时调整磁悬浮控制刚度，实现精确的在线调节，为零长弹簧式重力仪性能的提升提供了一种手段；3、本定中机构中可实时监测磁悬浮桥路信号，该信号反应了零长弹簧式重力仪的径向磁悬浮动子机构的工作状态，有利于掌握重力仪活动部件在动态条件下的运动状态。4、本定中机构较传统的定中方案结构简单、可靠，定中精度高，定中阈值小，便于弹簧式重力仪的小型化。附图说明图1是本专利技术零长弹簧重力仪的定中机构的结构示意图；图2是图1中径向磁悬浮定子机构的结构示意图；图3是图2中上磁悬浮定子组件的结构示意图；图4是图2中磁悬浮线圈的接线图；图5是图1中径向磁悬浮动子机构的结构示意图；图6是单自由度磁悬浮系统控制框图；图7是以X轴控制方向为例的单自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种零长弹簧重力仪的定中机构，其特征在于：包括径向磁悬浮定子机构和径向磁悬浮动子机构和磁悬浮外围控制电路；/n所述径向磁悬浮定子机构整体与重力仪壳体固定连接，包括重力仪框架、上磁悬浮定子组件、下磁悬浮定子组件和力发生器定子组件，所述上磁悬浮定子组件、下磁悬浮定子组件和力发生器定子组件以同轴对中的方式由上至下依次固定安装于框架内腔中；/n所述径向磁悬浮动子机构包括电容动极板、弹簧套筒、零长弹簧、上磁悬浮动子、下磁悬浮动子和力发生器转子；所述零长弹簧以同轴对中的方式设置于弹簧套筒内，所述电容动极板、上磁悬浮动子、下磁悬浮动子和力发生器转子以同轴对中的方式由上至下依次固定套装于弹簧套筒的外部；/n所述磁悬浮动子机构以沿径向和轴向可移动的方式浮动安装于磁悬浮定子机构内，所述上磁悬浮定子组件与上磁悬浮动子配合构成上磁悬浮定中部件，所述下磁悬浮定子组件与下磁悬浮动子配合构成下磁悬浮定中部件，所述力发生器定子组件与力发生器转子配合构成力发生器部件；/n所述磁悬浮外围控制电路用于检测磁悬浮定子组件与磁悬浮动子之间的气隙位移大小，将该信息反馈到控制回路，控制电路根据上述信息匹配出控制磁悬浮线圈的电流，进而调整磁悬浮定子组件与磁悬浮动子之间的定中用的电磁力。/n...

【技术特征摘要】
1.一种零长弹簧重力仪的定中机构，其特征在于：包括径向磁悬浮定子机构和径向磁悬浮动子机构和磁悬浮外围控制电路；
所述径向磁悬浮定子机构整体与重力仪壳体固定连接，包括重力仪框架、上磁悬浮定子组件、下磁悬浮定子组件和力发生器定子组件，所述上磁悬浮定子组件、下磁悬浮定子组件和力发生器定子组件以同轴对中的方式由上至下依次固定安装于框架内腔中；
所述径向磁悬浮动子机构包括电容动极板、弹簧套筒、零长弹簧、上磁悬浮动子、下磁悬浮动子和力发生器转子；所述零长弹簧以同轴对中的方式设置于弹簧套筒内，所述电容动极板、上磁悬浮动子、下磁悬浮动子和力发生器转子以同轴对中的方式由上至下依次固定套装于弹簧套筒的外部；
所述磁悬浮动子机构以沿径向和轴向可移动的方式浮动安装于磁悬浮定子机构内，所述上磁悬浮定子组件与上磁悬浮动子配合构成上磁悬浮定中部件，所述下磁悬浮定子组件与下磁悬浮动子配合构成下磁悬浮定中部件，所述力发生器定子组件与力发生器转子配合构成力发生器部件；
所述磁悬浮外围控制电路用于检测磁悬浮定子组件与磁悬浮动子之间的气隙位移大小，将该信息反馈到控制回路，控制电路根据上述信息匹配出控制磁悬浮线圈的电流，进而调整磁悬浮定子组件与磁悬浮动子之间的定中用的电磁力。


2.根据权利要求1所述的零长弹簧重力仪的定中机构，其特征在于：所述磁悬浮定子组件包括定子磁芯、定子钛套、磁悬浮线圈；定子钛套套装固定于定子磁芯的外部，在定子磁芯的内部设置有8个磁极，磁极外表面分别缠绕绝缘胶带；磁悬浮线圈的数量为4对，4对磁悬浮线圈以相邻两个磁极为一组分别缠绕于定子磁芯的8个磁极，经定子磁芯、定子磁芯与磁悬浮动子之间的气隙和磁悬浮动子构成闭环磁回路；所述4对磁悬浮线圈公共端引出一个接线柱0端，0端接地，建立工作主磁场；4对磁悬浮线圈的另一端分别引出1、2、3、4接线柱端，1、2、3、4接线柱端同时接入电源正端；对应1、3接线柱端的2对磁悬浮线圈并接形成控制径向磁悬浮定子机构沿X轴方向移动的第一单自由度磁悬浮桥路，第一单自由度磁悬浮桥路上设置有检测动子与定子之间沿X轴方向气隙变化的输出电压VX；对应2、4接线柱端的2对磁悬浮线圈并接形成控制径向磁悬浮定子机构沿Y轴方向移动的第二单自由度磁悬浮桥路，第二单自由度磁悬浮桥路上设置有检测动子与定子之间沿Y轴方向气隙变化的输出电压VY。


3.一种零长弹簧重力仪的定中安装方法，其特征在于，基于上述的零长弹簧重力仪的无接触式定中机构，包括如下步骤：
S1安装径向磁悬浮定子机构；
先后将下磁悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智奇，吴畏，朱学毅，刘红光，仇恺，褚宁，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12