[發(fā)明專利]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

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110445975.1
• 申請(qǐng)日: 2011-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN102564685A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳仲城;吳寶元;申飛;吳海峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01L25/00
• 分類號(hào): G01L25/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 趙曉薇

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及力傳感器測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種基于穩(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。

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，以得到接近理想的負(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：(4)，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，其由臺(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，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)。