[發明專利]一種用于力傳感器動態標定的階躍力產生裝置

有效

• 申請號: 201611040435.4
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN106706207B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 楊雙龍;徐科軍;劉厚德;梁斌;查富圓;楊睿;朱曉俊
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00;G01L5/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 劉文軍

本發明為一種用于力傳感器動態標定的階躍力產生裝置，適用于負載端工裝結構不規則或需要進行多個方向力/力矩加載的力傳感器動態標定實驗，包括標定臺、定向加載組件、傳力鋼絲、力源、滑輪懸掛系統、沖擊剪斷裝置和階躍邊沿檢測電路。采用鋼絲傳力通過定向加載組件向力傳感器施加穩定載荷，然后突然沖擊剪斷傳力鋼絲對力傳感器進行階躍卸載，實現對力傳感器的負階躍激勵。沖擊剪斷裝置采用高速、大沖擊力的沖擊氣缸作為沖擊執行機構以拓寬力傳感器的動態標定頻帶與載荷范圍，與沖擊墊塊相配合以抑制沖擊剪斷過程中的擾動，提高動態標定精度。階躍邊沿檢測電路通過檢測沖擊頭開始接觸傳力鋼絲時刻與傳力鋼絲被完全剪斷時刻來獲得階躍邊沿時間。

技術領域

本發明涉及傳感器測試領域，是一種用于力傳感器動態標定的階躍力產生裝置，特別是一種適用于負載端工裝結構不規則或需要進行多個方向力/力矩加載的力傳感器動態標定實驗的階躍力產生裝置，以實現對力傳感器進行準確的階躍響應動態標定。

背景技術

階躍響應實驗在力傳感器的動態標定實驗中被廣泛采用，其關鍵技術在于階躍力的產生。對于階躍力，其幅值的大小決定了能標定的傳感器的量程范圍，其階躍邊沿時間決定了能標定的傳感器的帶寬。所以，大力值、寬頻帶階躍力的產生是力傳感器階躍響應動態標定實驗的關鍵。另外，根據應用需求的不同，需要對負載端安裝有不同結構形狀工裝的力傳感器施加階躍載荷以進行動態標定，針對多維力傳感器還需對其各個不同的方向進行階躍力和階躍力矩激勵以對其各力/力矩方向進行動態標定。這些動態標定需求均要求能產生一個寬頻帶階躍力，使其便于施加在負載端工裝結構不規則的力傳感器上，且針對多維力傳感器能施加在其各力/力矩方向上。

現有技術中，階躍力的產生途徑主要有：一、通過鋼絲掛砝碼對傳感器施加一靜態載荷，然后突然剪斷鋼絲以對傳感器卸載，從而實現對傳感器施加負階躍力或力矩載荷，如文獻《六維輪力傳感器的標定研究》(李水根.六維輪力傳感器的標定研究[D].東營,中國石油大學,2007,44-46)、《機器人六維腕力傳感器動態性能標定系統的研究》(鄭紅梅,劉正士.機器人六維腕力傳感器動態性能標定系統的研究[J].電子測量與儀器學報,2006,20(3):88-92)、《桿式風洞應變天平動態實驗、建模與補償》(徐科軍，楊雙龍，張進等.桿式風洞應變天平動態實驗、建模與補償[J].儀器儀表學報，2009，30(10):2123-2130)等；二、力源通過脆性材料傳遞靜態力值給傳感器，采用脆性材料斷裂法將脆性材料突然沖斷來對傳感器卸載，從而實現對傳感器施加負階躍力載荷，如中國專利CN2220638Y(張于北.對力傳感器做動態標定的裝置[P].中國，CN2220638Y，1996-2-21)、CN1125845A(張于北.對力傳感器做動態標定的方法[P].中國，CN1125845A，1996-7-3)，文獻《一種新型的大力值、寬頻帶的負階躍力產生方法》(陳輝,何聞,朱虎等.一種新型的大力值、寬頻帶的負階躍力產生方法[J].計量與測試技術,1995,(5):17-19)、《大力值寬頻帶負階躍力的產生機理及實現方法的研究》(何聞.大力值寬頻帶負階躍力的產生機理及實現方法的研究[J].機電工程,1999,(4):59-61)等；三、利用帕斯卡原理采用液壓方式對傳感器施加大力值靜態載荷，然后通過快速泄油的方式來對傳感器進行快速卸載，從而實現對傳感器施加負階躍力載荷，如文獻《1200kN標準動態力源裝置液壓系統的設計[J].機床與液壓》(何聞,賈叔仕,魏燕定等.1200kN標準動態力源裝置液壓系統的設計[J].機床與液壓，1997，(3):5-6,26)、《一種寬頻帶的負階躍力的發生裝置》(魏燕定,賈叔仕,何聞.一種寬頻帶的負階躍力的發生裝置[J].計量與測試技術,1995,(1):16-19)等；四、利用高速撞擊塊撞擊壓力腔蓋，使壓力腔蓋向壓力腔內運動一段距離后鎖死，從而通過壓縮壓力腔內的傳壓介質來產生正階躍壓力輸出，可實現對壓力傳感器施加階躍載荷，如中國專利CN104062069A(豐雷，馬鐵華，尤文斌等.沖擊式階躍壓力產生方法[P].中國，CN104062069A，2014-06-18)；五、采用激波管產生階躍壓力作用于傳感器上，實現對傳感器的正階躍壓力激勵。然而，途徑一所述方法在現有已披露文獻中均是采用手動剪斷鋼絲的方式實現對力傳感器或多維力傳感器施加負階躍載荷，人手能剪斷的鋼絲一般較細，能傳遞載荷較小，且手動剪鋼絲的速度較慢、剪鋼絲過程中的人為擾動難以控制；途徑二和途徑三所述方法能很好地用于力傳感器的大力值階躍響應實驗，但現有技術均只適用于便于固定安裝且力傳遞面規則平整的單維力傳感器，而難以適用于負載端工裝結構不規則或需要進行多個方向力/力矩加載的力傳感器的階躍響應實驗；途徑四和途徑五所述方法在已披露的文獻中主要用于壓力傳感器而非力傳感器的階躍響應實驗，若用于力傳感器動態標定亦同樣存在上述途徑二和途徑三所存在的問題。