[發明專利]基于穩態正弦激振力的多維力傳感器動態實驗裝置的方法

有效

• 申請號: 201110445973.2
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102564684A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 吳寶元;吳仲城;申飛;吳海峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 趙曉薇

技術領域

本發明涉及力傳感器測試領域，尤其涉及基于穩態正弦激振力的多維力傳感器動態實驗裝置的方法。

背景技術

目前，隨著航空、航天、機器人等產業的快速發展，實際使用工況下對多維力傳感器的綜合性能指標尤其是動態特性提出更高的要求，因此多維力傳感器動態標定和參數測試儼然成為重要的研究課題。目前多維力傳感器的動態實驗法依據標準動態力源形式的不同分為階躍響應法、脈沖響應法和頻率響應法。階躍響應法和脈沖響應法是在時域內測試多維力傳感器的動態特性，如：文獻[機器人六維腕力傳感器動態性能標定系統的研究，電子測量與儀器學報，Vol20，No.3，2006]提出通過剪斷懸吊祛碼的金屬絲給被測力傳感器施加階躍激勵信號的動態實驗，這種方法的關鍵問題在于必須在極短的時問內切斷金屬絲，以得到接近理想的負階躍。文獻[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間里大電流放電的方法快速熔斷金屬絲，由于當金屬絲較粗時，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公開一種動態測試裝置和方法。通過液壓系統加載裝置向脆性材料試件加載，直至試件斷裂，給被測試件(力傳感器)施加階躍激勵。

文獻[激波管在壓力傳感器動態性能校準和實驗上的應用，宇航計測技術，24：(4)，2004]和[氣動助推負階躍力校準裝置研究，儀器儀表學報，No.2，2010]等提出利用激波管實現階躍激勵的方法，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可實現較陡峭時延的正階躍信號，但很難實現大的階躍力，不適用于質量大或形狀不規則的力傳感器動態測試。

專利CN?101776506A公開了一種大型多維力傳感器標定加載臺，該加載臺由上十字架，加載臺立柱，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定加載。通過液壓伺服或比例加載系統控制液壓油缸壓力實現傳感器標定力連續加載。

以上所述的測試裝置及方法僅適用于在時域內測試力傳感器的動態特性，獲得完全意義上的脈沖力或階躍力比較困難、測量精度低，難以獲得力傳感器系統在整個使用頻帶范圍內的傳輸特性。

在系統動態特性測試、或實現系統模型辨識時，最理想的方法是在頻域內測試系統的動態特性，頻率響應法則彌補了上述的階躍響應法和階躍響應法的局限性。經國家知識產權局專利檢索咨詢中心文獻查新，檢索到在頻域內開展多維力傳感器動態特性測試研究的有專利CN1442682A和文獻(多維力/力矩傳感器動態實驗臺的一種實現方法，刊于《電子測量與儀器學報》，2005(19)：1)，公開了一種基于激勵電磁力發生器的動態實驗裝置及其方法，由臺架和多個電磁力發生器組成，電磁力發生器包括固定組件和可動組件兩部分，其由數控系統輸出多路幅度和頻率分別可控的正弦波電流信號，分別控制多組勵磁線圈，產生多個方向電磁激勵力或電磁激勵力矩施加到被測傳感器上，能夠獲得力傳感器在整個使用頻帶范圍內的傳輸特性。該試驗臺結構復雜，難于調整，特別對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，并且兩個及以上電磁力發生器同時工作情況下，難以保證激勵力同步加載。

文獻[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態測試的電磁振動臺，由信號源產生一定頻率的正弦周期信號，推動電磁振動臺工作，負載質量塊上安裝加速度計以測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改變信號源輸出信號的頻率，得到不同頻率點下的傳感器靈敏度，但是很難實現大力值、寬頻帶的動態力，并且計算方法存在誤差。

上述基于頻域內的力傳感器動態測試裝置，均由信號發生器產生一定頻率的正弦周期信號激勵電磁力發生器，受電源波動及外界環境干擾影響大，電壓變化而引起激振力發生大的變化，測試精度低。