基于多线程的精密离心机测试系统设计

　　0　引言

　　精密离心机是用来给加速度计标定和校准的仪器之一,它是通过把向心加速度作为输入量,并测试加速度计的各项性能参数来实现的。根据离心机的工作原理,需要实时测试动态半径、动态失准角、主轴转速以及加速度计输出等参数。

　　测试这些参数可以采用顺序法,多进程法和多线程法。顺序法是指按照先后次序依次测试各个参数,并不断重复上述过程。如果测试某个参数需要很长时间,而测试其他参数需要的时间很短,在这种情况下会严重影响测试的实时性。多进程法和多线程法是目前多数操作系统都支持的实现多任务的方法,但是多线程技术属于轻进程,具有占用系统资源少和响应调度的速度快等优点,所以采用多线程技术编写多参数实时测试软件比较合适。

　　1　精密离心机工作原理

　　根据精密离心机的结构设计和力学原理,离心机产生的向心加速度为;

　　式中:为离心机的静态半径;ΔR为离心机的动态半径,即离心机在旋转时,静态半径的变化量。

　　式(1)是理想条件下离心机向心加速度的表达式,在实际工作中,有很多因素会给向心加速度带来误差。比如,基础振动、地球的自动、加速度计的安装误差以及动态失准角的变化等。通过采取一定的隔振措施可以把基础振动带来的误差限制在允许的范围内。另外,通过离心机的正反转试验并求平均的方法可以消除地球自转的影响。其他因素带来的误差可以通过下面的公式来修正:

　　式中:θ为方位失准角;α为俯仰失准角;γ为主轴回转铅垂度;g为重力加速度。

　　2　精密离心机测试系统设计

　　从式(3)可以看出,在精密离心机系统中需要实时测试离心机的动态半径、动态失准角、主轴转速以及加速度计的输出等参数。由于精密离心机是用来给加速度计校准和标定的,所以对其各项参数的测试精度要求非常高。

　　动态半径采用HP5529A双频激光测长仪测量,由双频激光测长仪的工作原理所决定,它具有稳定性好,抗干扰能力强,测量精度高等特点,而且适合于相对位移量的测量。在不考虑空气影响的情况下,其测量相对不确定度可达,分辨力为1 nm.

　　动态失准角采用双轴光电自准直仪测量。该准直仪采用面阵CCD作为光电转换器件,可以实现二维小角度精确测量,在30″内,其测角误差≤0·1″。

　　精密离心机对主轴速率的测试精度要求非常高,主轴速率测试控制系统的关键部件是测角元件,测角元件的精确度和响应速度决定了主轴测试系统的性能,通常可选用感应同步器和光栅作为测角元件。这两种元件各有优缺点,我们采用了光栅作为测角元件,其综合测角误差为±1″,能满足主轴速率为0~120 r/min的动态测试要求。