基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置的方法

摘要

基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置的方法，是旋转电动机带动偏心激振块与旋转电动机输出轴同步旋转产生的离心力，通过调节旋转电动机转速、偏心激振块质心位置，以及调整T型台架、L型台架加载时与旋转电动机和待测力传感器的安装方位，利用永磁钢块周期性激发霍尔传感器输出脉冲响应信号，还原已知的正弦激振力信号，实现待测力传感器各个维向频率和幅值连续变化的正弦激振力和激振力矩。基于稳态正弦激振的多维力传感器动态实验装置的物理方法产生不受外界环境影响的、可预知的正弦激振力信号，实现幅值稳定、易于调整、频率连续变化的正弦激励力，方法操作简单方便，能够获得待测力传感器在整个使用频带范围内的动态传输特性。

主权项

1.一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置的方法，其特征在于：该方法基于物理的方法，利用旋转电动机(10)带动偏心激振块(5)与旋转电动机输出轴(6)同步旋转产生的离心力，通过调节旋转电动机(10)的转速、偏心激振块(5)的重量及重心位置，利用永磁钢块(3)的磁场周期性激发霍尔传感器(2)输出脉冲响应信号，产生正弦激振力信号，实现幅度稳定、易于调整、频率连续变化的稳态正弦激励力，通过T型台架竖直板方向定位孔(8A1)、T型台架水平板方向定位孔(8A2)、L型台架竖直板方向定位孔(8B1)以及L型台架水平板方向定位孔(8B2)，调整T型台架(8A)或L型台架(8B)与旋转电动机(10)以及待测力传感器(1)的安装方位，实现多维力传感器各个维向在整个使用频带范围内的动态加载测试，其中：所述永磁钢块(3)周期性接近和远离霍尔传感器(2)，偏心激振块(5)匀速旋转过程中，霍尔传感器(2)受到永磁钢块(3)的磁场周期性触发而输出脉冲响应信号，该脉冲响应信号输出频率与旋转电动机(10)的转速成正比，作为旋转电动机(10)控制系统的反馈信号，用于测试旋转电动机(10)的实时转速；所述旋转电动机输出轴(6)穿过T型台架竖直板方向定位孔(8A1)并与T型台架(8A)的竖直板垂直，旋转电动机输出轴(6)通过端部加工有平键槽或矩形键槽与偏心激振块的回转中心孔(5A)配合，偏心激振块(5)与旋转电动机输出轴(6)同步旋转以输出幅值和频率稳定的激振力，调整偏心激振块(5)与旋转电动机输出轴(6)的相对位置，使霍尔传感器(2)、永磁钢块(3)及偏心激振块的回转中心孔(5A)三者共线，且位于同一个基准面内，该基准面过旋转电动机输出轴(6)的轴线且垂直于T型台架(8A)的水平板端面；所述霍尔传感器(2)受永磁钢块(3)的磁场触发输出脉冲响应信号，偏心激振块(5)旋转产生的离心力在该方向上的分力即激振力幅度也同时刻达到最大值，利用脉冲信号触发时刻即为离心力在待测力传感器(1)的某个受力方向上的分力幅值的最大值时刻，还原已知的正弦激振力输入信号，实现待测力传感器(1)的相频特性测试；所述利用旋转电动机(10)带动偏心激振块(5)与旋转电动机输出轴(6)同步旋转产生的离心力，离心力在待测力传感器(1)的某个受力方向上的分力为周期变化正弦激振力，激振力频率与旋转电动机(10)转速同步正比变化，通过控制旋转电动机(10)的转速，实现正弦激振力频率的调节；通过增减调节块(4)数量或调整调节块(4)在变径滑槽(5B)内的方位，改变偏心激振块(5)的重心位置沿偏心激振块的回转中心孔(5A)与永磁钢块(3)的连线方向移动，在旋转电动机(10)相同转速情况下，实现正弦激振力幅值的调节；所述待测力传感器(1)的Z轴向上置于基座(11)水平板端面上并用T型台架(8A)加载时，旋转电动机(10)和偏心激振块(5)通过T型台架(8A)在待测力传感器(1)上端面，通过T型台架水平板方向定位孔(8A2)调整T型台架(8A)与待测力传感器(1)的相对位置，使偏心激振块的回转中心孔(5A)与偏心激振块(5)的质心间的连线与待测力传感器(1)的Z轴重合，获得待测力传感器(1)受激振力Fz独立加载，或者使偏心激振块(5)的质心在T型台架(8A)的水平板端面上的投影点位于X轴之上或Y轴之上的不同工况下，获得待测力传感器(1)受激振力Fz与激振力矩Mx、激振力Fz与激振力矩My组合加载；所述待测力传感器(1)的X轴或Y轴垂直置于基座(11)水平板端面并用L型台架(8B)加载时，L型台架(8B)作为待测力传感器(1)与T型台架(8A)的转接件，用于改变待测力传感器(1)的受力方向，待测力传感器(1)的Z轴与基座(11)的竖直板端面垂直，通过基座(11)竖直板端面上呈圆形分布的六个基座竖直板方向定位孔(11A)，待测力传感器(1)绕Z轴实现90度、180度、270度的旋转定位；通过L型台架水平板方向定位孔(8B2)和T型台架水平板方向定位孔(8A2)，调整T型台架(8A)的水平板与L型台架(8B)的水平板的方位，使旋转电动机输出轴(6)的轴线位于待测力传感器(1)的Z-X面或Z-Y面内，并与基座(11)水平板端面平行，调整偏心激振块(5)的质心位于待测力传感器(1)的X-Y面内，调整偏心激振块的回转中心孔(5A)与偏心激振块(5)的质心间的连线与待测力传感器(1)的X轴或Y轴重合的工况下，获得待测力传感器(1)受激振力Fx或激振力Fy的独立加载；通过T型台架水平板方向定位孔(8A2)、L型台架水平板方向定位孔(8B2)和L型台架竖直板方向定位孔(8B1)，调整偏心激振块(5)的质心在T型台架(8A)的水平板端面上的投影点位于X轴之上或Y轴之上的不同工况下，获得待测力传感器(1)受激振力Fx和激振力矩Mz，或激振力Fy和激振力矩Mz的组合加载；在本方法中，改变偏心激振块(5)与待测力传感器(1)的安装方位，能够实现各维向激振力和激振力矩动态独立或组合加载，获得待测力传感器(1)在整个频带内的幅频和相频特性测试，进而获得待测力传感器(1)的其它动态特性参数，如固有频率、阻尼比、动态刚度；具体地是，旋转电动机(10)设定在某一转速n下匀速带动偏心激振块(5)旋转，待测力传感器(1)则相应输入一固定频率为f的动态激振力F_J(ω)＝F sin(ωt+θ)，此时待测力传感器(1)输出稳态值F_S{ω}，同时测量并记录霍尔传感器(2)受激发输出脉冲信号时刻对应的动态激振力F_J幅值的相位角θ_J(t)，和待测力传感器(1)的此时输出幅值的峰值相位角θ_s(t)，获得该频率f下的待测力传感器1输入与输出信号的相位差角依次调节旋转电动机(10)转速实现在不同设定频率下的激振力输人给待测力传感器(1)，并依次记录各频率下待测力传感器(1)的激振力输入的幅值X、稳态输出的幅值Y以及输出与输人的相位差角θ_J(t)-θ_S(t)，由此，依据不同频率下对应的待测力传感器(1)的输出、输入的幅值比和相位角差数据实验点，绘制出待测力传感器(1)在该维向的幅频传输特性曲线和相频传输特性曲线，即：$A\left\{\omega \right\}=\frac{F_S\left\{\omega \right\}}{F_J\left\{\omega \right\}}\to \omega$其中，A{ω}为幅频特性函数；为相频特性函数。