[发明专利]正弦扭矩校准中的动态扭矩计算方法、装置和计算系统

说明书

本申请涉及一种正弦扭矩校准中的动态扭矩计算方法、装置和计算系统，基于本申请实施例的实施方案，本申请在动态扭矩校准中，动态扭矩的计算考虑了负载的角加速度实际分布情况，动态扭矩值更加准确。通过转动惯量和角加速度量将动态扭矩量溯源到国际单位制（SI），可以建立动态扭矩原级标准。采用本发明的方法，校准正弦扭矩的频率范围较宽，测量不确定度较小，其中幅值扩展不确定度优于0.5%，相移扩展不确定度优于0.5°；校准冲击扭矩的幅值扩展不确定度优于0.5%。

技术领域

本公开涉及计量测试技术领域，尤其涉及一种正弦扭矩校准中的动态扭矩计算方法、装置和计算系统。

背景技术

动态扭矩校准广泛地应用于航空、航天、船舶、车辆及机器人等领域，标准动态扭矩量值的溯源技术是动态扭矩校准的关键环节。

正弦扭矩激励一般由电机或液压伺服系统产生，如德国联邦物理技术研究院和北京长城计量测试技术研究所均采用正弦信号驱动电机作为激励源，电机带动被校传感器和标准转动惯量块进行角振动，从而产生正弦扭矩。

正弦扭矩量值的溯源，基于作用在扭矩传感器的动态扭矩值等于它带动的负载转动惯量和角加速度之乘积的原理。负载的转动惯量可以溯源，负载某截面的角加速度可以通过激光干涉法进行测量。

以往近似认为负载上各点的角加速度相同，因此采用单点测量到的角加速度乘以负载的转动惯量获得动态扭矩值。如公开号为CN106482894B的授权发明所提供的一种动态扭矩校准装置，其通过转动惯量和角加速度量可以将动态扭矩量溯源到国际单位制(SI)，可以建立动态扭矩原级标准。采用闭环控制的方式产生动态扭矩，可以获得高品质的正弦或其它类型的动态扭矩波形。虽然也建立了动态扭矩值的计算模型，但是，由于负载不是理想刚体，其上各点的角加速度是不同的，近似认为其相等将导致较大的误差，因此，本申请有必要改进其动态扭矩的溯源方法。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出一种正弦扭矩校准中的动态扭矩计算方法、装置和计算系统。

本申请一方面，提出一种正弦扭矩校准中的动态扭矩计算方法，包括如下步骤：

获得标准转动惯量块底部的角加速度及气浮轴系底部的角加速度

计算标准转动惯量块产生的扭矩分量M₁；

计算传感器与标准转动惯量块之间的气浮轴系和连接机构产生的扭矩分量M₂；

计算扭矩传感器的等效转动惯量产生的扭矩分量M₀；

计算作用在扭矩传感器上的动态扭矩量值M(t)：

M(t)＝M₀+M₁+M₂。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，获得标准转动惯量块底部的角加速度包括：

通过激光干涉仪测量获得标准转动惯量块底部的角加速度为标准转动惯量块的角加速度分布为：

式中：

z-转动惯量块高度坐标，底部为0点，单位m；

t-时间，单位s；

ω₀-角振动频率，单位rad/s；

ρ-密度，单位kg/m³；

G-剪切弹性模量，单位GPa；

L-标准转动惯量块高度，单位m。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，计算标准转动惯量块产生的扭矩分量M₁，包括：