[發明專利]一種非接觸式測量系繩張力與擺角的裝置

有效

• 申請號: 201810051168.3
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108375442B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 黃攀峰;張海濤;孟中杰;張夷齋;劉正雄;張帆;董剛奇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01L5/04
• 分類號: G01L5/04;G01B11/26
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種采用非接觸式測量系繩張力與擺角的裝置測量系繩張力的方法，其特征在于：所述非接觸式測量系繩張力與擺角的裝置包括兩個激光發射器、兩個凸透鏡和兩個CCD集成電路芯片；一個激光發射器、一個凸透鏡和一個CCD集成電路芯片依次形成一個平行光路，另一個激光發射器、另一個凸透鏡和另一個CCD集成電路芯片依次形成另一個平行光路；兩個光路正交垂直設置，兩個光路交叉的區域為系繩的非接觸測量，CCD集成電路芯片獲取反應系繩張力與擺角的圖像；

采用所述裝置測量系繩張力的方法具體步驟如下：

步驟一：建立坐標系，以釋放點為系統的坐標原點O，垂直于釋放側面且過原點的直線為OX所在直線，單位向量記為i，垂直于OX，且過原點O所在直線為另一軸所在直線，單位向量為j，以i、j建立一左手坐標系，另一軸的單位向量k；u(x,t)為OX軸上x處的i方向上的振動，v(x,t)為j方向上的振動，w(x,t)為k方向上的振動；

步驟二：對微元進行受力分析，繩子的線密度為ρ，此段微元中的張力為P，dm為選擇的一段微元的質量，dx為i方向上的一段位置微元，θ為此段微元在振動過程中與與張力P的夾角；A、B為微元的前后點；

下式中dm＝ρdx，可以得到：

上式中因為系繩的形變量微小，所以假設cosθ＝1，cosdθ＝1其中sin(θ+dθ)，cos(θ+dθ)可表示為：

且系繩中的張力變化量可以表示為所以式(1)，可以化簡為

式(2)，可化簡為：

忽略高階項(dx)²，略去dx，只對式(5)，分析可知得到如下張力公式：

步驟三：由公式(8)得到系繩的橫向振動模型，進行振動數據分析，為一個由長度的系繩在一個時間段內進行平面振動的數值仿真；即系繩兩端端點固定，只分析橫向振動得到的模擬圖；由此可得每一點在每一時刻的值，即是張力P與系繩線密度ρ的比值；通過對這一段數據的記錄，就可分析出這一段長度系繩上各個點在每時刻的張力；

所述激光發射器為平行激光發射器；

在激光發射器的管路上設有偏振鏡片。