專利名稱：基于穩(wěn)態(tài)正弦激振力的多維力傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及力傳感器測(cè)試領(lǐng)域，尤其涉及基于穩(wěn)態(tài)正弦激振力的多維力傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著航空、航天、機(jī)器人等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，實(shí)際使用工況下對(duì)多維力傳感器的綜合性能指標(biāo)尤其是動(dòng)態(tài)特性提出更高的要求，因此多維力傳感器動(dòng)態(tài)標(biāo)定和參數(shù)測(cè)試儼然成為重要的研究課題。目前多維力傳感器的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)力源形式的不同分為階躍響應(yīng)法、脈沖響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法。階躍響應(yīng)法和脈沖響應(yīng)法是在時(shí)域內(nèi)測(cè)試多維力傳感器的動(dòng)態(tài)特性，如文獻(xiàn)[機(jī)器人六維腕力傳感器動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定系統(tǒng)的研究，電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，Vol20，No. 3,2006]提出通過剪斷懸吊祛碼的金屬絲給被測(cè)力傳感器施加階躍激勵(lì)信號(hào)的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，這種方法的關(guān)鍵問題在于必須在極短的時(shí)問內(nèi)切斷金屬絲， 以得至lJ接近理想、的負(fù)階躍。文獻(xiàn)[Investigation of dynamic rocket thrust measurement techniques, (AD823181，1967)]介紹了一種采用電切斷金屬絲的方法，即采用充了電的大容量電容器在短時(shí)間里大電流放電的方法快速熔斷金屬絲，由于當(dāng)金屬絲較粗時(shí)，快速切斷存在可行性的問題，所以這種方法僅適合于小力值的情形。專利ZL94246366. 8和CN1125845A公開一種動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置和方法。通過液壓系統(tǒng)加載裝置向脆性材料試件加載，直至試件斷裂，給被測(cè)試件(力傳感器)施加階躍激勵(lì)。文獻(xiàn)[激波管在壓力傳感器動(dòng)態(tài)性能校準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)上的應(yīng)用，宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，24:,2004]和[氣動(dòng)助推負(fù)階躍力校準(zhǔn)裝置研究，儀器儀表學(xué)報(bào)，No.2，2010]等提出利用激波管實(shí)現(xiàn)階躍激勵(lì)的方法，利用壓力波傳播在激波前后形成壓力階躍，這種方案在小力值時(shí)可實(shí)現(xiàn)較陡峭時(shí)延的正階躍信號(hào)，但很難實(shí)現(xiàn)大的階躍力，不適用于質(zhì)量大或形狀不規(guī)則的力傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)試。專利CN 101776506A公開了一種大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺(tái)，該加載臺(tái)由上十字架，加載臺(tái)立柱，下十字架，多維力傳感器固定支座，加載單元及加載塊組成。加載單元由加載框架，加載液壓缸，單維拉壓力傳感器，拉桿組成。通過組合兩個(gè)加載單元的不同安裝位置，及拉桿與加載塊的連接位置，用于多維力傳感器的標(biāo)定加載。通過液壓伺服或比例加載系統(tǒng)控制液壓油缸壓力實(shí)現(xiàn)傳感器標(biāo)定力連續(xù)加載。以上所述的測(cè)試裝置及方法僅適用于在時(shí)域內(nèi)測(cè)試力傳感器的動(dòng)態(tài)特性，獲得完全意義上的脈沖力或階躍力比較困難、測(cè)量精度低，難以獲得力傳感器系統(tǒng)在整個(gè)使用頻帶范圍內(nèi)的傳輸特性。在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試、或?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)模型辨識(shí)時(shí)，最理想的方法是在頻域內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，頻率響應(yīng)法則彌補(bǔ)了上述的階躍響應(yīng)法和階躍響應(yīng)法的局限性。經(jīng)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索咨詢中心文獻(xiàn)查新，檢索到在頻域內(nèi)開展多維力傳感器動(dòng)態(tài)特性測(cè)試研究的有專利CN1442682A和文獻(xiàn)(多維力/力矩傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的一種實(shí)現(xiàn)方法，刊于 《電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)》，2005 (19) :1)，公開了一種基于激勵(lì)電磁力發(fā)生器的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置及其方法，由臺(tái)架和多個(gè)電磁力發(fā)生器組成，電磁力發(fā)生器包括固定組件和可動(dòng)組件兩部分，其由數(shù)控系統(tǒng)輸出多路幅度和頻率分別可控的正弦波電流信號(hào)，分別控制多組勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生多個(gè)方向電磁激勵(lì)力或電磁激勵(lì)力矩施加到被測(cè)傳感器上，能夠獲得力傳感器在整個(gè)使用頻帶范圍內(nèi)的傳輸特性。該試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于調(diào)整，特別對(duì)于小量程和外形尺寸小的多維力傳感器難以保證精確加載位置，并且兩個(gè)及以上電磁力發(fā)生器同時(shí)工作情況下，難以保證激勵(lì)力同步加載。文獻(xiàn)[The results of comparisons between two different dynamic force measurement systems，，，Measurement, Vol. 10，No. 3，1992]提出一種用于力傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)試的電磁振動(dòng)臺(tái)，由信號(hào)源產(chǎn)生一定頻率的正弦周期信號(hào)，推動(dòng)電磁振動(dòng)臺(tái)工作，負(fù)載質(zhì)量塊上安裝加速度計(jì)以測(cè)量施加到力傳感器上的激振力，該裝置可以在一定頻率范圍內(nèi)改變信號(hào)源輸出信號(hào)的頻率，得到不同頻率點(diǎn)下的傳感器靈敏度，但是很難實(shí)現(xiàn)大力值、寬頻帶的動(dòng)態(tài)力，并且計(jì)算方法存在誤差。上述基于頻域內(nèi)的力傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，均由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率的正弦周期信號(hào)激勵(lì)電磁力發(fā)生器，受電源波動(dòng)及外界環(huán)境干擾影響大，電壓變化而引起激振力發(fā)生大的變化，測(cè)試精度低。迄今為止，從國(guó)內(nèi)外均較少采用頻率響應(yīng)法開展多維力傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，主要問題集中在標(biāo)準(zhǔn)力源難以實(shí)現(xiàn)，缺少相應(yīng)的動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)力源裝置，即獲得幅值穩(wěn)定、易于調(diào)整、頻率連續(xù)變化的激勵(lì)力比較困難，文獻(xiàn)檢索結(jié)果也說明了這一點(diǎn)。綜上所述，從多維力傳感器動(dòng)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)的國(guó)內(nèi)外專利和有關(guān)文獻(xiàn)材料看，多維力動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)加載裝置及方法還沒有涉及到本發(fā)明所提出的技術(shù)原理及實(shí)驗(yàn)裝置，其核心技術(shù)均有別于本發(fā)明中提到的基于偏心激振塊離心力產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)的多維力傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述測(cè)試裝置及方法在多維力傳感器動(dòng)態(tài)性能測(cè)試方面的不足，本發(fā)明的目的是，提出基于穩(wěn)態(tài)正弦激振力的多維力傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的方法，該方法使用簡(jiǎn)單，操作方便，在頻域內(nèi)利用基于絕對(duì)物理方法產(chǎn)生的幅值和頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)力源，實(shí)現(xiàn)多維力傳感器各個(gè)維向在整個(gè)使用頻帶范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)傳輸特性(主要指幅頻特性和相頻特性)的測(cè)試。本發(fā)明的技術(shù)方案是基于穩(wěn)態(tài)正弦激振力的多維力傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的方法， 特別是該方法基于物理的方法，利用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心激振塊與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸同步旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、偏心激振塊的重量及重心位置，利用永磁鋼塊的磁場(chǎng)周期性激發(fā)霍爾傳感器輸出脈沖響應(yīng)信號(hào)，產(chǎn)生出不受外界環(huán)境影響的、預(yù)知的正弦激振力信號(hào)，實(shí)現(xiàn)幅值穩(wěn)定、易于調(diào)整、頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)力，通過T型臺(tái)架豎直板方向定位孔、τ型臺(tái)架水平板方向定位孔、L型臺(tái)架豎直板方向定位孔以及L型臺(tái)架水平板方向定位孔調(diào)整T型臺(tái)架或L型臺(tái)架與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)以及待測(cè)力傳感器的安裝方位，實(shí)現(xiàn)多維力傳感器各個(gè)維向在整個(gè)使用頻帶范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)加載測(cè)試，其中永磁鋼塊周期性接近和遠(yuǎn)離霍爾傳感器，偏心激振塊勻速旋轉(zhuǎn)過程中，霍爾傳感器受到永磁鋼塊的磁場(chǎng)周期性觸發(fā)而輸出脈沖響應(yīng)信號(hào)，該脈沖響應(yīng)信號(hào)輸出頻率與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，作為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)，用于測(cè)試旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸穿過T型臺(tái)架豎直板方向定位孔并與T型臺(tái)架的豎直板垂直， 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸通過端部加工有平鍵槽或矩形鍵槽與偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔配合，偏心激振塊與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸同步旋轉(zhuǎn)以輸出幅值和頻率穩(wěn)定的激振力，調(diào)整偏心激振塊與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸的相對(duì)位置，使霍爾傳感器、永磁鋼塊及偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔三者共線，且位于同一個(gè)基準(zhǔn)面內(nèi)，該基準(zhǔn)面過旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸的軸線且垂直于T型臺(tái)架的水平板端面；霍爾傳感器受永磁鋼塊的磁場(chǎng)觸發(fā)輸出脈沖響應(yīng)信號(hào)，偏心激振塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力在該方向上的分力即激振力幅值也同時(shí)刻達(dá)到最大值，利用脈沖信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻即為離心力在待測(cè)力傳感器的某個(gè)受力方向上的分力幅值的最大值時(shí)刻，還原已知的正弦激振力輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)待測(cè)力傳感器的相頻特性測(cè)試；利用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心激振塊與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸同步旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，離心力在待測(cè)力傳感器的某個(gè)受力方向上的分力為周期變化正弦激振力，激振力頻率與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步正比變化，通過控制旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)正弦激振力頻率的調(diào)節(jié)；通過增減調(diào)節(jié)塊數(shù)量或調(diào)整調(diào)節(jié)塊在變徑滑槽內(nèi)的方位，改變偏心激振塊的重心位置沿偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔與永磁鋼塊的連線方向移動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相同轉(zhuǎn)速情況下，實(shí)現(xiàn)正弦激振力幅值的調(diào)節(jié)。待測(cè)力傳感器的Z軸向上置于基座水平板端面上并用T型臺(tái)架加載時(shí)，實(shí)現(xiàn)激振力內(nèi)獨(dú)立加載或激振力內(nèi)與激振力矩Mx、激振力內(nèi)與激振力矩My組合加載。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)和偏心激振塊通過T型臺(tái)架固定在力傳感器上端面，通過T型臺(tái)架水平板方向定位孔調(diào)整T型臺(tái)架與待測(cè)力傳感器的相對(duì)位置，使偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔與偏心激振塊的質(zhì)心間的連線與待測(cè)力傳感器的Z軸重合，獲得待測(cè)力傳感器受內(nèi)獨(dú)立加載，或者使偏心激振塊的質(zhì)心在T型臺(tái)架的水平板端面上的投影點(diǎn)位于X軸之上或Y軸之上的不同工況下，獲得待測(cè)力傳感器受激振力1 與激振力矩Mx、激振力！^與激振力矩My組合加載。待測(cè)力傳感器的X軸或Y軸垂直置于基座水平板端面并用L型臺(tái)架加載時(shí)，L型臺(tái)架作為待測(cè)力傳感器與T型臺(tái)架的轉(zhuǎn)接件，用于改變待測(cè)力傳感器的受力方向，待測(cè)力傳感器的Z軸與基座的豎直板端面垂直放置，通過基座豎直板端面上加工呈圓形分布的六個(gè)基座豎直板方向定位孔，待測(cè)力傳感器繞Z軸實(shí)現(xiàn)90度、180度、270度的旋轉(zhuǎn)定位。通過L型臺(tái)架水平板方向定位孔和T型臺(tái)架水平板方向定位孔，實(shí)現(xiàn)激振力h激振力或Fy的獨(dú)立加載，或激振力！^與激振力矩Mz、激振力Fy與激振力矩Mz組合加載，是調(diào)整T型臺(tái)架的水平板與L型臺(tái)架的水平板的方位，使旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸的軸線位于待測(cè)力傳感器的Z-X面或Z-Y面內(nèi)，并與基座水平面平行。調(diào)整偏心激振塊的質(zhì)心位于待測(cè)力傳感器的X-Y面內(nèi)，調(diào)整偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔與偏心激振塊的質(zhì)心間的連線與待測(cè)力傳感器的X軸或Y軸重合的工況下，獲得待測(cè)力傳感器受激振力&或激振力Fy的獨(dú)立加載；通過T型臺(tái)架水平板方向定位孔、L型臺(tái)架水平板方向定位孔和L型臺(tái)架豎直板方向定位孔，調(diào)整偏心激振塊的質(zhì)心在T型臺(tái)架的水平板端面上的投影點(diǎn)位于X軸之上或Y軸之上的不同工況下，獲得待測(cè)力傳感器受激振力&和激振力矩Mz，或激振力Fy和激振力矩 Mz的組合加載。
在本方法中，改變偏心激振塊與待測(cè)力傳感器的安裝方位，能夠?qū)崿F(xiàn)各維向激振力和激振力矩動(dòng)態(tài)獨(dú)立或組合加載，獲得待測(cè)力傳感器在整個(gè)頻帶內(nèi)的幅頻和相頻特性測(cè)試，進(jìn)而獲得待測(cè)力傳感器的其它動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如固有頻率、阻尼比、動(dòng)態(tài)剛度；具體地說，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)設(shè)定在某一轉(zhuǎn)速η下勻速帶動(dòng)偏心激振塊旋轉(zhuǎn)，待測(cè)力傳感器則相應(yīng)輸入一固定頻率為f的動(dòng)態(tài)激振力F/ω) =F Sin( t+e)，此時(shí)待測(cè)力傳感器輸出穩(wěn)態(tài)值Fs { ω }，同時(shí)測(cè)量并記錄霍爾傳感器受激發(fā)輸出脈沖信號(hào)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)激振力Ft幅值的相位角θ T(t)，和待測(cè)力傳感器的此時(shí)輸出幅值的峰值相位角es(t)，獲得該頻率f下的待測(cè)力傳感器輸入與輸出信號(hào)的相位差角；依次調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)在不同設(shè)定頻率下的激振力輸人給待測(cè)力傳感器， 并依次記錄各頻率下待測(cè)力傳感器的激振力輸入的幅值X、穩(wěn)態(tài)輸出的幅值Y以及輸出與輸人的相位差角θ T(t) - Θ s(t)，由此，依據(jù)不同頻率下對(duì)應(yīng)的待測(cè)力傳感器的輸出、輸入的幅值比和相位角差數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，繪制出待測(cè)力傳感器在該維向的幅頻傳輸特性曲線和相頻傳輸特性曲線，即
權(quán)利要求
1. 一種基于穩(wěn)態(tài)正弦激振力的多維力傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的方法，其特征在于 該方法基于物理的方法，利用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)帶動(dòng)偏心激振塊( 與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸(6)同步旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)的轉(zhuǎn)速、偏心激振塊(5)的重量及重心位置，利用永磁鋼塊(3)的磁場(chǎng)周期性激發(fā)霍爾傳感器(2)輸出脈沖響應(yīng)信號(hào)，產(chǎn)生正弦激振力信號(hào)，實(shí)現(xiàn)幅度穩(wěn)定、易于調(diào)整、頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)力，通過T型臺(tái)架豎直板方向定位孔(8A1)、T型臺(tái)架水平板方向定位孔(8A》、L型臺(tái)架豎直板方向定位孔 (8B1)以及L型臺(tái)架水平板方向定位孔(8B2)，調(diào)整T型臺(tái)架(8A)或L型臺(tái)架(8B)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)以及待測(cè)力傳感器(1)的安裝方位，實(shí)現(xiàn)多維力傳感器各個(gè)維向在整個(gè)使用頻帶范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)加載測(cè)試，其中所述永磁鋼塊C3)周期性接近和遠(yuǎn)離霍爾傳感器O)，偏心激振塊( 勻速旋轉(zhuǎn)過程中，霍爾傳感器( 受到永磁鋼塊C3)的磁場(chǎng)周期性觸發(fā)而輸出脈沖響應(yīng)信號(hào)，該脈沖響應(yīng)信號(hào)輸出頻率與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)的轉(zhuǎn)速成正比，作為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)，用于測(cè)試旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；所述旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸(6)穿過T型臺(tái)架豎直板方向定位孔(8A1)并與T型臺(tái)架(8A) 的豎直板垂直，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸(6)通過端部加工有平鍵槽或矩形鍵槽與偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔(5A)配合，偏心激振塊(5)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸(6)同步旋轉(zhuǎn)以輸出幅值和頻率穩(wěn)定的激振力，調(diào)整偏心激振塊(5)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸(6)的相對(duì)位置，使霍爾傳感器 O)、永磁鋼塊⑶及偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔(5A)三者共線，且位于同一個(gè)基準(zhǔn)面內(nèi)，該基準(zhǔn)面過旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸(6)的軸線且垂直于T型臺(tái)架(8A)的水平板端面；所述霍爾傳感器( 受永磁鋼塊(3)的磁場(chǎng)觸發(fā)輸出脈沖響應(yīng)信號(hào)，偏心激振塊(5) 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力在該方向上的分力即激振力幅度也同時(shí)刻達(dá)到最大值，利用脈沖信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻即為離心力在待測(cè)力傳感器(1)的某個(gè)受力方向上的分力幅值的最大值時(shí)刻，還原已知的正弦激振力輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)待測(cè)力傳感器(1)的相頻特性測(cè)試；所述利用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)帶動(dòng)偏心激振塊(5)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸(6)同步旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，離心力在待測(cè)力傳感器(1)的某個(gè)受力方向上的分力為周期變化正弦激振力，激振力頻率與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)轉(zhuǎn)速同步正比變化，通過控制旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)的轉(zhuǎn)速， 實(shí)現(xiàn)正弦激振力頻率的調(diào)節(jié)；通過增減調(diào)節(jié)塊(4)數(shù)量或調(diào)整調(diào)節(jié)塊(4)在變徑滑槽(5B) 內(nèi)的方位，改變偏心激振塊(5)的重心位置沿偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔(5A)與永磁鋼塊 (3)的連線方向移動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)相同轉(zhuǎn)速情況下，實(shí)現(xiàn)正弦激振力幅值的調(diào)節(jié)；所述待測(cè)力傳感器(1)的Z軸向上置于基座(11)水平板端面上并用T型臺(tái)架(8A)加載時(shí)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)和偏心激振塊(5)通過T型臺(tái)架(8A)在待測(cè)力傳感器⑴上端面， 通過T型臺(tái)架水平板方向定位孔(8A》調(diào)整T型臺(tái)架(8A)與待測(cè)力傳感器(1)的相對(duì)位置，使偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔(5A)與偏心激振塊(5)的質(zhì)心間的連線與待測(cè)力傳感器 (1)的Z軸重合，獲得待測(cè)力傳感器(1)受激振力內(nèi)獨(dú)立加載，或者使偏心激振塊( 的質(zhì)心在T型臺(tái)架(8A)的水平板端面上的投影點(diǎn)位于X軸之上或Y軸之上的不同工況下，獲得待測(cè)力傳感器(1)受激振力內(nèi)與激振力矩Mx、激振力內(nèi)與激振力矩My組合加載；所述待測(cè)力傳感器(1)的X軸或Y軸垂直置于基座(11)水平板端面并用L型臺(tái)架(8B) 加載時(shí)，L型臺(tái)架(8B)作為待測(cè)力傳感器(1)與T型臺(tái)架(8A)的轉(zhuǎn)接件，用于改變待測(cè)力傳感器(1)的受力方向，待測(cè)力傳感器(1)的Z軸與基座(11)的豎直板端面垂直，通過基座(11)豎直板端面上呈圓形分布的六個(gè)基座豎直板方向定位孔(IlA)，待測(cè)力傳感器(1) 繞Z軸實(shí)現(xiàn)90度、180度、270度的旋轉(zhuǎn)定位；通過L型臺(tái)架水平板方向定位孔(8B》和T型臺(tái)架水平板方向定位孔(8A2)，調(diào)整T型臺(tái)架(M)的水平板與L型臺(tái)架(8B)的水平板的方位，使旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸(6)的軸線位于待測(cè)力傳感器(1)的Z-X面或Z-Y面內(nèi)，并與基座(11)水平板端面平行，調(diào)整偏心激振塊(5)的質(zhì)心位于待測(cè)力傳感器(1)的X-Y面內(nèi)，調(diào)整偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔(5A)與偏心激振塊(5)的質(zhì)心間的連線與待測(cè)力傳感器(1)的X軸或Y軸重合的工況下，獲得待測(cè)力傳感器(1)受激振力&或激振力Fy的獨(dú)立加載；通過T型臺(tái)架水平板方向定位孔(8A2)、L型臺(tái)架水平板方向定位孔(8B》和L型臺(tái)架豎直板方向定位孔(8B1)，調(diào)整偏心激振塊(5)的質(zhì)心在T型臺(tái)架(8A)的水平板端面上的投影點(diǎn)位于X軸之上或Y軸之上的不同工況下，獲得待測(cè)力傳感器(1)受激振力h和激振力矩Mz，或激振力Fy和激振力矩Mz的組合加載；在本方法中，改變偏心激振塊( 與待測(cè)力傳感器(1)的安裝方位，能夠?qū)崿F(xiàn)各維向激振力和激振力矩動(dòng)態(tài)獨(dú)立或組合加載，獲得待測(cè)力傳感器(1)在整個(gè)頻帶內(nèi)的幅頻和相頻特性測(cè)試，進(jìn)而獲得待測(cè)力傳感器(1)的其它動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如固有頻率、阻尼比、動(dòng)態(tài)剛度；具體地是，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)設(shè)定在某一轉(zhuǎn)速η下勻速帶動(dòng)偏心激振塊( 旋轉(zhuǎn)，待測(cè)力傳感器(1)則相應(yīng)輸入一固定頻率為f的動(dòng)態(tài)激振力F/ω) =F sin( t+e)，此時(shí)待測(cè)力傳感器(1)輸出穩(wěn)態(tài)值Fs{ }，同時(shí)測(cè)量并記錄霍爾傳感器( 受激發(fā)輸出脈沖信號(hào)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)激振力Ft幅值的相位角eT(t)，和待測(cè)力傳感器(1)的此時(shí)輸出幅值的峰值相位角θ s(t)，獲得該頻率f下的待測(cè)力傳感器1輸入與輸出信號(hào)的相位差角；依次調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)在不同設(shè)定頻率下的激振力輸人給待測(cè)力傳感器 (1)，并依次記錄各頻率下待測(cè)力傳感器(1)的激振力輸入的幅值X、穩(wěn)態(tài)輸出的幅值Y以及輸出與輸人的相位差角0T(t)-es(t)，由此，依據(jù)不同頻率下對(duì)應(yīng)的待測(cè)力傳感器(1)的輸出、輸入的幅值比和相位角差數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，繪制出待測(cè)力傳感器(1)在該維向的幅頻傳輸特性曲線和相頻傳輸特性曲線，即
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于穩(wěn)態(tài)正弦激振力的多維力傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的方法，其特征是所述獲得待測(cè)力傳感器(1)受激振力內(nèi)獨(dú)立加載，或激振力與激振力矩 Μχ、激振力內(nèi)與激振力矩My組合加載的方法步驟是將待測(cè)力傳感器(1)水平安放在基座(11)的水平板端上固定，檢查裝置連結(jié)附件固聯(lián)完好；調(diào)整T型臺(tái)架(8Α)與待測(cè)力傳感器(1)安裝方位；啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)并設(shè)定轉(zhuǎn)速，進(jìn)行激振力內(nèi)獨(dú)立加載，或激振力內(nèi)與激振力矩Mx、激振力矩My的組合加載；記錄并保存各次加載過程中待測(cè)力傳感器⑴和霍爾傳感器⑵的輸出以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，同時(shí)檢測(cè)待測(cè)力傳感器(1)是否達(dá)到滿量程輸出；當(dāng)待測(cè)力傳感器(1)輸出達(dá)到滿量程輸出時(shí)，縮小調(diào)節(jié)塊(4)與偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔(5A)的距離，或減小調(diào)節(jié)塊⑷的重量，或減少調(diào)節(jié)塊⑷的數(shù)量，降低相同轉(zhuǎn)速情況下的離心力值；增加旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)的轉(zhuǎn)速后，繼續(xù)進(jìn)行加載；當(dāng)激振力頻率達(dá)到預(yù)期指標(biāo)，將旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)停車斷電，保存并整理數(shù)據(jù)，繪制待測(cè)力傳感器(1)在激振力Fz、激振力矩Mx、My各維向的動(dòng)態(tài)特性曲線以及后續(xù)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于穩(wěn)態(tài)正弦激振力的多維力傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的方法，其特征是所述獲得激振力h或激振力Fy的獨(dú)立加載，或激振力h與激振力矩Mz、激振力Fy與激振力矩Mz組合加載的工作方法的步驟是開始，將待測(cè)力傳感器(1)豎直安放在基座(11)的豎直板端面上，檢查裝置連結(jié)附件固聯(lián)完好，調(diào)整T型臺(tái)架(8A)和L型臺(tái)架(8B)與待測(cè)力傳感器(1)的安裝方位；啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10))并設(shè)定轉(zhuǎn)速，進(jìn)行激振力h獨(dú)立加載，或激振力h與激振力矩 Mz組合加載；記錄并保存各次加載過程中待測(cè)力傳感器⑴和霍爾傳感器⑵的輸出以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，同時(shí)檢測(cè)待測(cè)力傳感器(1)是否達(dá)到滿量程輸出？當(dāng)待測(cè)力傳感器(1)輸出達(dá)到滿量程輸出時(shí)，縮小調(diào)節(jié)塊(4)與偏心激振塊的回轉(zhuǎn)中心孔(5A)的距離，或減小調(diào)節(jié)塊(4)的重量，或減少調(diào)節(jié)塊(4)的數(shù)量，減小相同轉(zhuǎn)速情況下的離心力值；調(diào)整激振力幅值后，增加旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)的轉(zhuǎn)速，繼續(xù)進(jìn)行加載； 激振力頻率達(dá)到指標(biāo)？當(dāng)激振力頻率達(dá)到預(yù)期指標(biāo)，將旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)停車斷電，保存數(shù)據(jù)以備后續(xù)處理；將待測(cè)力傳感器(1)繞Z坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)90度，再次通過T型臺(tái)架(8A)和L型臺(tái)架(8B) 安裝固定；啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10))并設(shè)定轉(zhuǎn)速，進(jìn)行激振力Fy獨(dú)立加載，或激振力Fy與激振力矩 Mz組合加載；激振力頻率達(dá)到指標(biāo)？當(dāng)待測(cè)力傳感器(1)滿足滿量程輸出時(shí)，調(diào)整調(diào)節(jié)塊的位置，降低在相同轉(zhuǎn)速下的離心力值后，增加旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)的轉(zhuǎn)速，繼續(xù)進(jìn)行加載；激振力頻率滿足預(yù)期指標(biāo)，將旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(10)停車斷電，保存并整理數(shù)據(jù)，繪制待測(cè)力傳感器(1)在激振力i^、Fy、MZ各維向的動(dòng)態(tài)特性曲線，結(jié)束。
全文摘要
基于穩(wěn)態(tài)正弦激振力的多維力傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的方法，是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心激振塊與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出軸同步旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、偏心激振塊質(zhì)心位置，以及調(diào)整T型臺(tái)架、L型臺(tái)架加載時(shí)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)和待測(cè)力傳感器的安裝方位，利用永磁鋼塊周期性激發(fā)霍爾傳感器輸出脈沖響應(yīng)信號(hào)，還原已知的正弦激振力信號(hào)，實(shí)現(xiàn)待測(cè)力傳感器各個(gè)維向頻率和幅值連續(xù)變化的正弦激振力和激振力矩。基于穩(wěn)態(tài)正弦激振的多維力傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的物理方法產(chǎn)生不受外界環(huán)境影響的、可預(yù)知的正弦激振力信號(hào)，實(shí)現(xiàn)幅值穩(wěn)定、易于調(diào)整、頻率連續(xù)變化的正弦激勵(lì)力，方法操作簡(jiǎn)單方便，能夠獲得待測(cè)力傳感器在整個(gè)使用頻帶范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)傳輸特性。
文檔編號(hào)G01L25/00GK102564684SQ20111044597
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者吳仲城, 吳寶元, 吳海峰, 申飛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院