[發明專利]基于多激光位移傳感器的異形柔性結構振動測量系統

在審

• 申請號: 201610053602.2
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105606197A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 婁軍強;周優鵬;廖江江
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01B11/02
• 代理公司: 杭州金道專利代理有限公司 33246
• 代理人: 黃芳

技術領域

本發明涉及一種基于多激光位移傳感器的異形柔性結構的振動 測量系統。

背景技術

航天飛行器的太陽能帆板通常以大型懸臂梁結構形式存在于太 空環境中，并具有低剛度、小阻尼、固有頻率低和低階模態密集等特 征。由于太空環境惡劣，宇宙風、粒子流的影響，以及航天器本身的 機動等動作，極易引發航天器的太陽能帆板結構的持續振動。如果不 采用有效的抑制措施，其大幅度的振動相應將延續很長時間，不僅影 響到柔性結構本身的工作性能，而且通過與航天器主體的耦合作用， 進而可產生影響航天器的姿態穩定和定向精度問題。柔性化是各類航 天結構的一個重要發展趨勢，輕型結構可以增加有效載荷的重量，提 高運載工具的效率；大型結構可以增加空間的功能和航天器設計、制 造的靈活性。然而，由于大型柔性結構剛度低、柔性大，在無外阻的 太空中運行時，極易受到外部激勵作用而產生持續時間較長的低頻大 幅值振動，柔性懸臂板的振動包括低頻彎曲和扭轉模態耦合的振動。 需要對低頻振動進行測量，以保證柔性結構及其上各種精密儀器的正 常工作。在當今世界各主要國家大力發展航空航天技術的背景下，太 空條件下的大型柔性結構的振動測量成為當今世界普遍關注而富有 挑戰性的重要課題。處于流體動力學和功能考慮，很多柔性結構的界 面多為不規則異形板，如飛機機翼。

現有的技術中，對柔性板的研究主要是針對規則形狀的柔性板， 采用測量方法也只對規則板進行測量，然而類似飛機機翼這樣的不規 則形狀的板狀結構的彎曲和扭轉振動位移卻很少，若采用現有的方法 則不能測量出異形柔性結構的扭轉振動位移，采用兩個激光位移傳感 器對類似飛機機翼板的振動測量中，由于飛機翼板為非規則形狀，無 法找到板的對稱中心，而采用兩個激光位移傳感器對板的振動的測量 中，需要使得兩個激光位移傳感器相對于板的中心保持對稱。于是采 用兩個激光位移傳感器不能滿足對板的彎曲和扭轉同步測量的要求， 所以本發明采取多個(至少三個)激光位移傳感器對類似飛機機翼這 種非規則板狀的異形柔性結構進行彎曲和扭轉振動位移的同步測量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠實現對類似飛機機翼這種非規 則的、板狀的異形柔性結構進行彎曲和扭轉振動位移的同步測量的振 動測量系統。

基于多激光位移傳感器的異形柔性結構振動測量系統，包括底 座，底座上設有固定被測量板的夾持裝置，對被測量板進行激振的激 振器和測量被測量板各測量點的位移的測量機構，以及處理器；被測 量板為非規則的板狀柔性結構；夾持裝置夾持被測量板一端、使被測 量板呈一端固定的懸臂板；激振器的輸出端緊貼被測量板；

測量機構主要由三個激光位移傳感器A,B,C和驅動組件組成；三 個激光位移傳感器A,B,C沿被測量板的高度方向從上到下呈直線排 列；處理器將激光位移傳感器采集的信號轉換為數字信號；根據每個 激光位移傳感器在各個測量點獲取的位移判斷當前振動的類型及各 種振動類型導致的位移：

1)、獲取三個激光位移傳感器A,B,C測量得到的位移，第一激光 位移傳感器的位移為x1，第二激光位移傳感器的位移為x2，激光位 移傳感器的位移為x3；獲取第一激光位移傳感器與第二激光位移傳 感器之間的距離c1,第二激光位移傳感器與第三激光位移傳感器之間 的距離c2；第一激光位移傳感器在最高，第三激光位移傳感器最低；

2)、判斷x1＝x2＝x3是否成立，若成立，則當前振動被識別為彎 曲振動，且被測量板的彎曲振動位移f為：f＝x1＝x2＝x3；

3)、若x1＝x2＝x3不成立，則判斷是否成立，若成立，則當前振動被識別為扭轉振動，且扭轉角度